RU2510931C2 - Display device - Google Patents

Display device Download PDF

Info

Publication number
RU2510931C2
RU2510931C2 RU2012127285/08A RU2012127285A RU2510931C2 RU 2510931 C2 RU2510931 C2 RU 2510931C2 RU 2012127285/08 A RU2012127285/08 A RU 2012127285/08A RU 2012127285 A RU2012127285 A RU 2012127285A RU 2510931 C2 RU2510931 C2 RU 2510931C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
potential
optical sensor
display device
light
capacitor
Prior art date
Application number
RU2012127285/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012127285A (en
Inventor
Ясухиро СУГИТА
Кохеи ТАНАКА
Хироми КАТОХ
Кристофер БРАУН
Original Assignee
Шарп Кабусики Кайся
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шарп Кабусики Кайся filed Critical Шарп Кабусики Кайся
Publication of RU2012127285A publication Critical patent/RU2012127285A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2510931C2 publication Critical patent/RU2510931C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0412Digitisers structurally integrated in a display
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362Active matrix addressed cells
    • G02F1/13624Active matrix addressed cells having more than one switching element per pixel
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09GARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/36Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
    • G09G3/3611Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3648Control of matrices with row and column drivers using an active matrix
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/13306Circuit arrangements or driving methods for the control of single liquid crystal cells
    • G02F1/13312Circuits comprising photodetectors for purposes other than feedback
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09GARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2300/00Aspects of the constitution of display devices
    • G09G2300/04Structural and physical details of display devices
    • G09G2300/0421Structural details of the set of electrodes
    • G09G2300/0426Layout of electrodes and connections
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09GARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2360/00Aspects of the architecture of display systems
    • G09G2360/14Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors
    • G09G2360/144Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors the light being ambient light

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)

Abstract

FIELD: physics, optics.
SUBSTANCE: invention relates to a display device equipped with an optical sensor in a pixel region. Display device has optical sensor having a highly sensitive photosensitive element. The photosensitive element is provided with a diode (D1), reset signal wiring (RST) that supplies a reset signal, readout signal wiring (RWS) that supplies a readout signal, a storage node whose potential (VINT) changes in accordance with the amount of light received by the diode (D1) in the period from when the reset signal is supplied until when the readout signal is supplied, an amplification element (C1) that amplifies the potential (VINT) in accordance with the readout signal, and a sensor switching element (M2) for reading out the potential amplified in the output wiring. The potential of the screening film (LS), provided on the back surface of the diode, is fixed equal to a constant potential (VLS) which satisfies the following relationship: VLS≥VRST.H.
EFFECT: high sensitivity and high signal-to-noise ratio in a photosensor.
17 cl, 63 dwg

Description

2420-184876RU/0852420-184876EN / 085

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к устройству отображения, оснащенному оптическим датчиком, имеющим фоточувствительный элемент, например, фотодиод или фототранзистор, и, в частности, относится к устройству отображения, оснащенному оптическим датчиком в области пикселей.The present invention relates to a display device equipped with an optical sensor having a photosensitive element, for example, a photodiode or a phototransistor, and, in particular, relates to a display device equipped with an optical sensor in the pixel region.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Традиционно предлагалось устройство отображения, оснащенное оптическим датчиком, которое снабжено фотоприемными элементами, такими как, например, фотодиоды в его пикселях, и которое в силу этого способно обнаруживать яркость внешней засветки и регистрировать изображение объекта, приближающегося к его панели дисплея.Traditionally, a display device equipped with an optical sensor has been proposed, which is equipped with photodetector elements, such as, for example, photodiodes in its pixels, and which is therefore able to detect the brightness of external illumination and register an image of an object approaching its display panel.

Такое устройство отображения, оснащенное оптическим датчиком, предполагается использовать в качестве устройства отображения для двусторонней связи или в качестве устройства отображения с функцией сенсорной панели. В случае обычного устройства отображения, оснащенного оптическим датчиком, когда известные компоненты, такие как, например, сигнальные линии и линии сканирования, TFT (тонкопленочные транзисторы) и электроды пикселей сформированы на подложке активной матрицы с использованием технологии обработки полупроводниковых материалов, то фотодиоды и т.п. сформированы на подложке активной матрицы с использованием той же самой технологии (см. JP 2006-3857A).Such a display device equipped with an optical sensor is intended to be used as a display device for two-way communication or as a display device with a touch panel function. In the case of a conventional display device equipped with an optical sensor, when known components, such as signal lines and scan lines, TFT (thin film transistors) and pixel electrodes are formed on the active matrix substrate using semiconductor material processing technology, then photodiodes, etc. P. formed on the active matrix substrate using the same technology (see JP 2006-3857A).

Так как на подложке активной матрицы сформирован обычный оптический датчик, то приведенная в качестве примера конфигурация, раскрытая в W0 2007/145346 и W0007/145347, показана на Фиг. 62. Обычный оптический датчик, показанный на Фиг. 62, состоит их следующих основных компонентов: фотодиода D1, конденсатора C2 и транзистора M2. С анодом D1 фотодиода соединена линия RST для подачи сигнала сброса. С катодом фотодиода D1 соединен один из электродов конденсатора C2 и затвор транзистора M2. Сток транзистора M2 соединен с линией VDD, а его исток соединен с линией OUT (выход). Другой электрод конденсатора C2 соединен с линией RWS для подачи сигнала считывания.Since a conventional optical sensor is formed on the active matrix substrate, the exemplary configuration disclosed in W0 2007/145346 and W0007 / 145347 is shown in FIG. 62. The conventional optical sensor shown in FIG. 62, consists of the following main components: photodiode D1, capacitor C2, and transistor M2. An RST line is connected to the anode D1 of the photodiode to provide a reset signal. One of the electrodes of the capacitor C2 and the gate of the transistor M2 are connected to the cathode of the photodiode D1. The drain of the transistor M2 is connected to the VDD line, and its source is connected to the OUT line (output). The other electrode of the capacitor C2 is connected to the RWS line for supplying a read signal.

В этой конфигурации выходной сигнал VPIX датчика, соответствующий количеству света, принятого фотодиодом D1, может быть получен путем подачи сигнала сброса и сигнала считывания соответственно на линию RST и на линию RWS в соответствующие заданные моменты времени. Здесь функционирование обычного оптического датчика, показанного на Фиг. 62, объяснено со ссылкой на Фиг. 63. Следует отметить, что на Фиг. 63 низкий уровень (равный, например, -7 В) сигнала сброса обозначен как "VRST.L", высокий уровень (равный, например, 0 В) сигнала сброса обозначен как "VRST.H", низкий уровень (равный, например, 0 В) сигнала считывания обозначен как "VRWS.L", а высокий уровень (равный, например, 15 В) сигнала считывания обозначен как "VRWS.H".In this configuration, the sensor output signal V PIX corresponding to the amount of light received by the photodiode D1 can be obtained by supplying a reset signal and a read signal to the RST line and the RWS line, respectively, at respective predetermined times. Here, the operation of the conventional optical sensor shown in FIG. 62 is explained with reference to FIG. 63. It should be noted that in FIG. 63 a low level (equal to, for example, -7 V) of the reset signal is indicated as "V RST.L ", a high level (equal to, for example, 0 V) of the reset signal is indicated as "V RST.H ", a low level (equal to, for example , 0 V) of the read signal is indicated as "V RWS.L ", and a high level (equal to, for example, 15 V) of the read signal is indicated as "V RWS.H ".

Сначала, когда на линию RST подают сигнал VRST.H сброса с высоким уровнем, фотодиод D1 имеет прямое смещение, и, следовательно, потенциал VINT затвора транзистора M2 выражается следующей формулой (1):First, when line RST is supplied V RST.H reset signal with a high level, photodiode D1 has a forward bias, and therefore, the potential V INT M2 gate transistor is expressed by the following formula (1):

VINT=VRST.H-VF, (1)V INT = V RST.H -V F , (1)

где VF - прямое напряжение фотодиода D1. Поскольку VINT здесь является более низким, чем пороговое напряжение транзистора M2, то транзистор M2 является непроводящим в течение периода сброса.where V F is the forward voltage of the photodiode D1. Since V INT here is lower than the threshold voltage of the transistor M2, the transistor M2 is non-conductive during the reset period.

Затем сигнал сброса вновь становится имеющим низкоуровневый потенциал VRST.L (в момент времени tRST, показанный на Фиг. 63), и, следовательно, начинается период интегрирования фототока (период регистрации, который представляет собой период, обозначенный как TINT, который показан на Фиг. 63). В периоде интегрирования фототок, пропорциональный количеству света, падающего на фотодиод D1, вытекает из конденсатора C2, вследствие чего конденсатор C2 разряжается. Соответственно, потенциал VINT затвора транзистора M2 в конце периода интегрирования выражается следующей формулой (2):Then, the reset signal becomes again having a low-level potential V RST.L (at time t RST, shown in FIG. 63), and therefore starts the photocurrent integration period (registration period which is a period designated T INT, which is shown in Fig. 63). During the integration period, a photocurrent proportional to the amount of light incident on the photodiode D1 flows from the capacitor C2, as a result of which the capacitor C2 is discharged. Accordingly, the gate potential V INT of the transistor M2 at the end of the integration period is expressed by the following formula (2):

VINT=VRST.H-VF-ΔVRST·CPD/CTOTAL-IPHOTO·TINT/CTOTAL, (2)V INT = V RST.H -V F -ΔV RST · C PD / C TOTAL -I PHOTO · T INT / C TOTAL , (2)

где ΔVRST - высота импульса сигнала сброса (VRST.H-VRST.L), IPHOTO - фототок фотодиода D1, а TINT - длительность периода интегрирования. CPD - емкость фотодиода D1. CTOTAL - сумма емкости конденсатора C2, емкости CPD фотодиода D1 и емкости CTFT транзистора M2. К тому же, в течение периода интегрирования, поскольку VINT является более низким, чем пороговое напряжение транзистора M2, то транзистор M2 является непроводящим.where ΔV RST is the height of the reset signal pulse (V RST.H -V RST.L ), I PHOTO is the photocurrent of photodiode D1, and T INT is the duration of the integration period. C PD is the capacitance of the photodiode D1. C TOTAL - the sum of the capacitance of the capacitor C2, the capacitance C PD of the photodiode D1 and the capacitance C TFT of the transistor M2. Moreover, during the integration period, since V INT is lower than the threshold voltage of the transistor M2, the transistor M2 is non-conductive.

После окончания периода интегрирования в момент времени tRWS, показанный на Фиг. 63, уровень сигнала RWS считывания повышается, и, следовательно, начинается период считывания. Следует отметить, что период считывания продолжается до тех пор, пока уровень сигнала RWS считывания остается высоким. При этом происходит инжекция зарядов в конденсатор C2. В результате, потенциал VINT затвора транзистора M2 выражается следующей формулой (3):After the integration period at time t RWS shown in FIG. 63, the read signal level RWS rises, and therefore, the read period begins. It should be noted that the read period continues until the read signal level RWS remains high. In this case, charges are injected into the capacitor C2. As a result, the gate potential V INT of the transistor M2 is expressed by the following formula (3):

VINT=VRST.H-VF-ΔVRST·CPD/CTOTAL-IPHOTO·TINT/CTOTAL+ΔVRWS·CINT/CTOTAL, (3)V INT = V RST.H -V F -ΔV RST · C PD / C TOTAL -I PHOTO · T INT / C TOTAL + ΔV RWS · C INT / C TOTAL , (3)

где ΔVRWS - высота импульса сигнала считывания (VRST.H-VRWS.L). При этом потенциал VINT затвора транзистора M2 становится более высоким, чем его пороговое напряжение, и это вызывает то, что транзистор M2 становится проводящим. Таким образом, транзистор M2, вместе с транзистором M3 смещения, обеспеченный на конце линии OUT в каждом столбце, функционируют в качестве усилителя на истоковом повторителе. Другими словами, выходное напряжение VPIX датчика из транзистора M2 является пропорциональным интегралу фототока фотодиода D1 в течение периода интегрирования.where ΔV RWS is the height of the read signal pulse (V RST.H -V RWS.L ). In this case, the gate potential V INT of the transistor M2 becomes higher than its threshold voltage, and this causes the transistor M2 to become conductive. Thus, the transistor M2, together with the bias transistor M3 provided at the end of the OUT line in each column, function as a source follower amplifier. In other words, the output voltage V PIX of the sensor from the transistor M2 is proportional to the integral of the photocurrent of the photodiode D1 during the integration period.

Следует отметить, что на Фиг. 63 форма сигнала, обозначенная сплошной линией, представляет собой изменение потенциала VINT в том случае, когда количество света, падающего на фотодиод D1, мало. Форма сигнала, обозначенная пунктирной линией, представляет собой изменение потенциала VINT в том случае, когда количество света, падающего на фотодиод D1, находится на уровне насыщения. Величина ΔVSIG, показанная на Фиг. 63, представляет собой разность потенциалов, пропорциональную количеству света, падающего на фотодиод D1. Величина ΔVINT, показанная на Фиг. 63, представляет собой величину, на которую повышается потенциал VINT при подаче сигнала считывания с линии RWS на оптический датчик в течение периода считывания.It should be noted that in FIG. 63, the waveform indicated by the solid line represents the change in potential V INT when the amount of light incident on the photodiode D1 is small. The waveform indicated by the dashed line represents the change in potential V INT when the amount of light incident on the photodiode D1 is at a saturation level. The ΔV SIG value shown in FIG. 63 is a potential difference proportional to the amount of light incident on the photodiode D1. The value ΔV INT shown in FIG. 63 is the amount by which the potential V INT rises when a read signal from the RWS line is supplied to the optical sensor during the read period.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

В описанном выше устройстве отображения, имеющем оптический датчик в пикселе, разность между соответствующими потенциалами накопительного узла в случаях с различными значениями освещенности (например, в случае темного состояния и в случае, когда падает свет на уровне насыщения) в конце периода накопления равна разности между соответствующими потенциалами узла накопления в вышеизложенных соответствующих случаях после их усиления в течение периода считывания. Другими словами, разность между потенциалом (обозначенным здесь как "VINT1") накопительного узла в конце периода накопления в случае темного состояния и потенциалом (обозначенным здесь как "VINT2") накопительного узла в конце периода накопления в том случае, когда падает свет на уровне насыщения, равна разности между потенциалом (обозначенным здесь как "VINT3") накопительного узла после его усиления в течение периода считывания в случае темного состояния и потенциалом (обозначенным здесь как "VINT4") накопительного узла после его усиления в течение периода считывания в том случае, когда падает свет на уровне насыщения.In the above-described display device having an optical sensor in a pixel, the difference between the respective potentials of the storage node in cases with different illumination values (for example, in the case of a dark state and in the case when light falls at the saturation level) at the end of the accumulation period is equal to the difference between the corresponding potentials of the accumulation node in the above relevant cases after their amplification during the reading period. In other words, the difference between the potential (indicated here as "V INT1 ") of the storage node at the end of the accumulation period in the case of a dark state and the potential (indicated here as "V INT1 ") of the storage node at the end of the accumulation period when light falls on the saturation level is equal to the difference between the potential (indicated here as "V INT3 ") of the storage node after its amplification during the reading period in the case of a dark state and the potential (indicated here as "V INT3 ") of the storage node after its amplification during a different reading period when light is incident at the saturation level.

Однако поскольку описанная выше разность между VINT3 и VINT4 является большей, то может быть получен оптический датчик, имеющий превосходные характеристики, например, более высокую чувствительность и более высокое отношение сигнал/шум. Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание устройства отображения, имеющего высокочувствительный оптический датчик, за счет установления большей разности между потенциалами (VINT3-VINT4) накопительного узла после усиления вследствие разности освещенностей на светоприемной поверхности, чем разность между его потенциалами (VINT1-VINT2) в конце периода интегрирования.However, since the difference described above between V INT3 and V INT4 is larger, an optical sensor can be obtained having excellent characteristics, for example, higher sensitivity and a higher signal to noise ratio. Therefore, it is an object of the present invention to provide a display device having a highly sensitive optical sensor by establishing a greater difference between the potentials (V INT3 -V INT4 ) of the storage unit after amplification due to the difference in illumination on the light receiving surface than the difference between its potentials (V INT1 -V INT2 ) at the end of the integration period.

Для достижения описанной выше задачи раскрытое здесь устройство отображения представляет собой устройство отображения, которое включает в себя оптический датчик в области пикселей на подложке активной матрицы, причем этот оптический датчик включает в себя: фотоприемный элемент для приема падающего света; сигнальную линию сброса для подачи сигнала сброса в оптический датчик; сигнальную линию считывания для подачи сигнала считывания в оптический датчик; накопительный узел, имеющий потенциал, который изменяется в зависимости от количества света, полученного фотоприемным элементом в течение периода регистрации, причем период регистрации представляет собой период с момента подачи сигнала сброса до момента подачи сигнала считывания; усилительный элемент для усиления потенциала накопительного узла в соответствии с сигналом считывания; и элемент, переключающий датчик, для считывания потенциала, усиленного усилительным элементом, и вывода этого потенциала в качестве выходного сигнала из схемы датчика на выходную линию, в котором обеспечено наличие светоэкранирующей пленки на стороне, противоположной стороне светоприемной поверхности относительно фотоприемного элемента, причем эта светоэкранирующая пленка соединена с источником питания для подачи напряжения для фиксации потенциала светоэкранирующей пленки, равного постоянному потенциалу, и удовлетворяется следующая формула:In order to achieve the above-described object, the display device disclosed herein is a display device that includes an optical sensor in a pixel region on an active matrix substrate, this optical sensor including: a photodetector for receiving incident light; a reset signal line for supplying a reset signal to the optical sensor; a read signal line for supplying a read signal to the optical sensor; a storage unit having a potential that varies depending on the amount of light received by the photodetector during the recording period, the recording period being the period from the moment the reset signal is supplied until the read signal is supplied; an amplifier element for enhancing the potential of the storage node in accordance with the read signal; and a sensor switching element for sensing a potential amplified by the amplifying element, and outputting this potential as an output signal from the sensor circuit to an output line in which a light shielding film is provided on a side opposite to the light receiving surface relative to the photodetector, this light shielding film connected to a power source for supplying voltage to fix the potential of the light shielding film equal to a constant potential, and the following is satisfied Single formula:

VLS≥VRST.H , V LS ≥V RST.H ,

где VLS - постоянный потенциал, а VRST.H - высокоуровневый потенциал сигнала сброса.where V LS is the constant potential and V RST.H is the high-level potential of the reset signal.

В описанной выше конфигурации, в которой обеспечено наличие усилительного элемента для усиления потенциала накопительного узла в соответствии с сигналом считывания, разность между потенциалами накопительного узла вследствие разности между значениями освещенности на светоприемной поверхности после усиления является большей, чем разность между его потенциалами в конце периода интегрирования. Например, разность между потенциалом накопительного узла после его усиления в течение периода считывания в случае темного состояния и потенциалом накопительного узла после его усиления в течение периода считывания в том случае, когда падает свет на уровне насыщения, является большей, чем разность между потенциалом накопительного узла в конце периода накопления в случае темного состояния и потенциалом накопительного узла в конце периода накопления в том случае, когда падает свет на уровне насыщения. Следовательно, может быть реализовано устройство отображения, включающее в себя оптический датчик с высокой чувствительностью. Кроме того, за счет установления потенциала светоэкранирующей пленки как постоянного потенциала, равного или большего, чем высокоуровневый потенциал VRST.H сигнала сброса, может быть получен выходной сигнал датчика, имеющий превосходную линейность относительно количества падающего света.In the configuration described above, in which an amplifier element is provided for amplifying the potential of the storage unit in accordance with the read signal, the difference between the potentials of the storage unit due to the difference between the illumination values on the light-receiving surface after amplification is larger than the difference between its potentials at the end of the integration period. For example, the difference between the potential of the storage node after its amplification during the reading period in the case of a dark state and the potential of the storage node after its amplification during the reading period when light falls at the saturation level is greater than the difference between the potential of the storage node in the end of the accumulation period in the case of a dark state and the potential of the storage node at the end of the accumulation period in the case when light falls at the saturation level. Therefore, a display device including an optical sensor with high sensitivity can be implemented. Further, by establishing the potential of the light shielding film as a constant potential equal to or greater than the high level potential of the reset signal V RST.H , a sensor output signal having excellent linearity with respect to the amount of incident light can be obtained.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

На Фиг. 1 изображена блок-схема, на которой схематично показана конфигурация устройства отображения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.In FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a display device according to one embodiment of the present invention.

На Фиг. 2 изображена эквивалентная электрическая схема, на которой показана конфигурация одного пикселя в устройстве отображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.In FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing a configuration of one pixel in a display device according to a first embodiment of the present invention.

На Фиг. 3 показаны вольтфарадные (CV) характеристики конденсатора, которым оснащен оптической датчик согласно первому варианту осуществления изобретения.In FIG. 3 shows the capacitance-voltage (CV) characteristics of a capacitor equipped with an optical sensor according to a first embodiment of the invention.

На Фиг. 4 изображена временная диаграмма, на которой показана форма управляющего сигнала и изменение потенциала накопительного узла в оптическом датчике согласно первому варианту осуществления изобретения.In FIG. 4 is a timing chart showing a waveform of a control signal and a change in potential of a storage unit in an optical sensor according to a first embodiment of the invention.

На Фиг. 5 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения.In FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to this embodiment of the invention.

На Фиг. 6 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения.In FIG. 6 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to this embodiment of the invention.

На Фиг. 7 на виде в увеличенном масштабе показана та область, где сформирован конденсатор C1.In FIG. 7 is an enlarged view of the region where the capacitor C1 is formed.

На Фиг. 8 на схематичном виде в поперечном разрезе показана схема соединений соответствующих областей в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения.In FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a connection diagram of respective regions in an optical sensor according to this embodiment of the invention.

На Фиг. 9 изображена временная диаграмма сигналов, на которой показано изменение потенциала VINT накопительного узла с момента окончания периода интегрирования до периода считывания.In FIG. 9 is a signal timing chart showing a change in potential V INT of the storage node from the end of the integration period to the reading period.

На Фиг. 10A на схематичном виде в поперечном разрезе показан перенос заряда в конденсаторе C1, когда потенциал электрода затвора является более низким, чем пороговое напряжение.In FIG. 10A is a schematic cross-sectional view showing charge transfer in capacitor C1 when the potential of the gate electrode is lower than the threshold voltage.

На Фиг. 10B на схематичном виде в поперечном разрезе показан перенос заряда в конденсаторе C1, когда потенциал электрода затвора является более высоким, чем пороговое напряжение.In FIG. 10B is a schematic cross-sectional view showing charge transfer in capacitor C1 when the potential of the gate electrode is higher than the threshold voltage.

На Фиг. 11 на схематичном виде в поперечном разрезе показан pin-диод, имеющий латеральную структуру.In FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a pin diode having a lateral structure.

На Фиг. 12A изображен график характеристики "зависимость Id от VLS", на котором показаны различия между тремя режимами работы pin-диода.In FIG. 12A is a graph of the characteristic “I d versus V LS ”, showing the differences between the three modes of operation of the pin diode.

На Фиг. 12B изображен график характеристики "зависимость Id от VLS", на котором показаны различия между тремя режимами работы pin-диода.In FIG. 12B is a graph of the characteristic “I d versus V LS ”, showing the differences between the three modes of operation of the pin diode.

На Фиг. 13 изображен график, на котором показана зависимость между потенциалом VA анода и потенциалом VLS светоэкранирующей пленки LS.In FIG. 13 is a graph showing the relationship between the potential V A of the anode and the potential V LS of the light shielding film LS.

На Фиг. 14 изображена временная диаграмма, на которой показан момент считывания в устройстве отображения согласно первому варианту осуществления изобретения.In FIG. 14 is a timing chart showing a reading moment in a display device according to a first embodiment of the invention.

На Фиг. 15 изображена принципиальная электрическая схема, на которой показана внутренняя конфигурация схемы считывания пикселя, оснащенного датчиком.In FIG. 15 is a circuit diagram showing an internal configuration of a pixel reading circuit equipped with a sensor.

На Фиг. 16 изображена временная диаграмма сигналов, на которой показана зависимость между сигналом считывания, выходным сигналом датчика и выходным сигналом из схемы считывания пикселя, оснащенного датчиком. In FIG. 16 is a signal timing chart showing a relationship between a read signal, a sensor output signal and an output signal from a pixel reading circuit equipped with a sensor.

На Фиг. 17 изображена эквивалентная электрическая схема, на которой схематично показана конфигурация усилителя столбца датчиков.In FIG. 17 is an equivalent circuit diagram schematically showing a configuration of a sensor column amplifier.

На Фиг. 18 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно второму варианту осуществления изобретения.In FIG. 18 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to a second embodiment of the invention.

На Фиг. 19 изображена временная диаграмма сигналов, на которой показаны сигнал сброса и сигнал считывания, подаваемые в оптический датчик согласно второму варианту осуществления изобретения.In FIG. 19 is a signal timing chart showing a reset signal and a read signal supplied to an optical sensor according to a second embodiment of the invention.

На Фиг. 20 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно второму варианту осуществления изобретения.In FIG. 20 is a plan view illustrating an exemplary planar structure of an optical sensor according to a second embodiment of the invention.

На Фиг. 21 на виде в увеличенном масштабе изображена та область, показанная на Фиг. 20, где сформирован конденсатор C1.In FIG. 21 is an enlarged view of the region shown in FIG. 20, where the capacitor C1 is formed.

На Фиг. 22 на схематичном виде в поперечном разрезе показана схема соединений соответствующих областей в оптическом датчике согласно второму варианту осуществления изобретения.In FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing a connection diagram of corresponding regions in an optical sensor according to a second embodiment of the invention.

На Фиг. 23 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно третьему варианту осуществления изобретения.In FIG. 23 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to a third embodiment of the invention.

На Фиг. 24 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно третьему варианту осуществления изобретения.In FIG. 24 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to a third embodiment of the invention.

На Фиг. 25 на виде в увеличенном масштабе изображена та область, показанная на Фиг. 24, в которой сформирован конденсатор C1.In FIG. 25 is an enlarged view of the region shown in FIG. 24, in which a capacitor C1 is formed.

На Фиг. 26 на схематичном виде в поперечном разрезе показана схема соединений соответствующих областей в оптическом датчике согласно третьему варианту осуществления изобретения.In FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing a connection diagram of respective regions in an optical sensor according to a third embodiment of the invention.

На Фиг. 27 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно четвертому варианту осуществления изобретения.In FIG. 27 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to a fourth embodiment of the invention.

На Фиг. 28 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно четвертому варианту осуществления изобретения.In FIG. 28 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to a fourth embodiment of the invention.

На Фиг. 29 на виде в увеличенном масштабе изображена та область, показанная на Фиг. 28, где сформирован p-канальный TFT.In FIG. 29 is an enlarged view of the region shown in FIG. 28, where a p-channel TFT is formed.

На Фиг. 30 на схематичном виде в поперечном разрезе показана схема соединений соответствующих областей в оптическом датчике согласно четвертому варианту осуществления изобретения.In FIG. 30 is a schematic cross-sectional view showing a connection diagram of respective regions in an optical sensor according to a fourth embodiment of the invention.

На Фиг. 31 изображена эквивалентная электрическая схема p-канального TFT оптического датчика согласно четвертому варианту осуществления изобретения.In FIG. 31 is an equivalent circuit diagram of a p-channel TFT optical sensor according to a fourth embodiment of the invention.

На Фиг. 32 изображена временная диаграмма сигналов, на которой показаны влияния, которые паразитная емкость и ток утечки оказывают на потенциал накопительного узла.In FIG. 32 is a timing diagram of the signals showing the effects that stray capacitance and leakage current exert on the potential of the storage unit.

На Фиг. 33 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура приведенного в качестве примера видоизмененного варианта оптического датчика согласно четвертому варианту осуществления изобретения.In FIG. 33 is a plan view showing an exemplary planar structure of an exemplary modified embodiment of an optical sensor according to a fourth embodiment of the invention.

На Фиг. 34 на виде в увеличенном масштабе изображена та область, показанная на Фиг. 33, где сформирован p-канальный TFT.In FIG. 34 is an enlarged view of the region shown in FIG. 33, where a p-channel TFT is formed.

На Фиг. 35 изображена эквивалентная электрическая схема p-канального TFT, показанного на Фиг. 33.In FIG. 35 is an equivalent circuit diagram of the p-channel TFT shown in FIG. 33.

На Фиг. 36 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно пятому варианту осуществления изобретения.In FIG. 36 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to a fifth embodiment of the invention.

На Фиг. 37 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно пятому варианту осуществления изобретения.In FIG. 37 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to a fifth embodiment of the invention.

На Фиг. 38 на виде в увеличенном масштабе показана та область, где сформирован усилительный элемент (n-канальный TFT) в пятом варианте осуществления изобретения.In FIG. 38 is an enlarged view of the region where an amplification element (n-channel TFT) is formed in the fifth embodiment.

На Фиг. 39 на схематичном виде в поперечном разрезе показана схема соединений соответствующих областей в оптическом датчике согласно пятому варианту осуществления изобретения.In FIG. 39 is a schematic cross-sectional view showing a connection diagram of corresponding regions in an optical sensor according to a fifth embodiment of the invention.

На Фиг. 40 изображена эквивалентная электрическая схема n-канального TFT, служащего в качестве усилительного элемента в пятом варианте осуществления изобретения.In FIG. 40 is an equivalent circuit diagram of an n-channel TFT serving as an amplifier element in a fifth embodiment of the invention.

На Фиг. 41 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура приведенного в качестве примера видоизмененного варианта оптического датчика согласно пятому варианту осуществления изобретения.In FIG. 41 is a plan view showing an exemplary planar structure of an exemplary modified embodiment of an optical sensor according to a fifth embodiment of the invention.

На Фиг. 42 на схематичном виде в поперечном разрезе изображена схема соединений соответствующих областей в усилительном элементе в приведенном в качестве примера видоизмененном варианте, показанном на Фиг. 41.In FIG. 42 is a schematic cross-sectional view illustrating a connection diagram of respective regions in the reinforcing element in the exemplary modified embodiment shown in FIG. 41.

На Фиг. 43 изображена эквивалентная электрическая схема n-канального TFT, показанного на Фиг. 42.In FIG. 43 is an equivalent circuit diagram of the n-channel TFT shown in FIG. 42.

На Фиг. 44 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно шестому варианту осуществления изобретения.In FIG. 44 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to a sixth embodiment of the invention.

На Фиг. 45 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно шестому варианту осуществления изобретения.In FIG. 45 is a plan view illustrating an example planar structure of an optical sensor according to a sixth embodiment of the invention.

На Фиг. 46 на виде в увеличенном масштабе показана та область, где сформирован усилительный элемент (диод D2) в шестом варианте осуществления изобретения.In FIG. 46 is an enlarged view of the region where an amplifier element (diode D2) is formed in a sixth embodiment of the invention.

На Фиг. 47 на схематичном виде в поперечном разрезе показана схема соединений соответствующих областей в оптическом датчике согласно шестому варианту осуществления изобретения.In FIG. 47 is a schematic cross-sectional view showing a connection diagram of respective regions in an optical sensor according to a sixth embodiment of the invention.

На Фиг. 48 изображена эквивалентная электрическая схема диода, служащего в качестве усилительного элемента, согласно шестому варианту осуществления изобретения.In FIG. 48 is an equivalent circuit diagram of a diode serving as an amplifier element according to a sixth embodiment of the invention.

На Фиг. 49 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно первому видоизмененному варианту шестого варианта осуществления изобретения, который приведен в качестве примера.In FIG. 49 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to a first modified embodiment of a sixth embodiment of the invention, which is given as an example.

На Фиг. 50 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно первому видоизмененному варианту шестого варианта осуществления изобретения, который приведен в качестве примера.In FIG. 50 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to a first modified embodiment of a sixth embodiment of the invention, which is given as an example.

На Фиг. 51 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно второму видоизмененному варианту шестого варианта осуществления изобретения, который приведен в качестве примера.In FIG. 51 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to a second modified embodiment of a sixth embodiment of the invention, which is given as an example.

На Фиг. 52 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно второму видоизмененному варианту шестого варианта осуществления изобретения, который приведен в качестве примера.In FIG. 52 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to a second modified embodiment of a sixth embodiment of the invention, which is given as an example.

На Фиг. 53 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно седьмому варианту осуществления изобретения.In FIG. 53 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to a seventh embodiment of the invention.

На Фиг. 54 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения.In FIG. 54 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to this embodiment of the invention.

На Фиг. 55A изображена принципиальная электрическая схема, на которой показано состояние инжекции заряда в случае, когда последовательно подключенный конденсатор CSER объединен с конфигурацией, в которой усилительным элементом является конденсатор переменной емкости.In FIG. 55A is a circuit diagram illustrating a state of charge injection in the case where a series-connected capacitor C SER is combined with a configuration in which a variable capacitor is an amplifying element.

На Фиг. 55B изображена принципиальная электрическая схема, на которой показано состояние инжекции заряда в случае, когда последовательно подключенный конденсатор CSER объединен с конфигурацией, в которой усилительным элементом является p-канальный TFT.In FIG. 55B is a circuit diagram showing a state of charge injection in the case where a series-connected capacitor C SER is combined with a configuration in which the p-channel TFT is an amplifier element.

На Фиг. 56 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно восьмому варианту осуществления изобретения.In FIG. 56 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to an eighth embodiment of the invention.

На Фиг. 57 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно восьмому варианту осуществления изобретения.In FIG. 57 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to an eighth embodiment of the invention.

На Фиг. 58 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно девятому варианту осуществления изобретения.In FIG. 58 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to a ninth embodiment of the invention.

На Фиг. 59 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно девятому варианту осуществления изобретения.In FIG. 59 is a plan view illustrating an example planar structure of an optical sensor according to a ninth embodiment of the invention.

На Фиг. 60 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения.In FIG. 60 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to this embodiment of the invention.

На Фиг. 61 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения.In FIG. 61 is a plan view illustrating an example planar structure of an optical sensor according to this embodiment of the invention.

На Фиг. 62 изображена эквивалентная электрическая схема, на которой показан приведенный в качестве примера обычный оптический датчик, сформированный на подложке активной матрицы.In FIG. 62 is an equivalent circuit diagram showing an example of a conventional optical sensor formed on an active matrix substrate.

На Фиг. 63 изображена временная диаграмма, на которой показана форма управляющего сигнала и изменение потенциала накопительного узла в обычном оптическом датчике.In FIG. 63 is a timing chart showing the shape of the control signal and the potential change of the storage node in a conventional optical sensor.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Устройство отображения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения представляет собой устройство отображения, включающее в себя оптический датчик в области пикселей на подложке активной матрицы, в котором оптический датчик включает в себя: фотоприемный элемент для приема падающего света; сигнальную линию сброса для подачи сигнала сброса в оптический датчик; сигнальную линию считывания для подачи сигнала считывания в оптический датчик; накопительный узел, имеющий потенциал, который изменяется в зависимости от количества света, принятого фотоприемным элементом в течение периода регистрации, причем период регистрации представляет собой период с момента подачи сигнала сброса до момента подачи сигнала считывания; усилительный элемент для усиления потенциала накопительного узла в соответствии с сигналом считывания; и элемент, переключающий датчик, для считывания потенциала, усиленного усилительным элементом, и вывода этого потенциала в качестве выходного сигнала из схемы датчика на выходную линию.A display device according to one embodiment of the present invention is a display device including an optical sensor in a pixel region on an active matrix substrate, in which the optical sensor includes: a photodetector for receiving incident light; a reset signal line for supplying a reset signal to the optical sensor; a read signal line for supplying a read signal to the optical sensor; a storage unit having a potential that varies depending on the amount of light received by the photodetector during the recording period, the recording period being the period from the moment the reset signal is supplied until the read signal is supplied; an amplifier element for enhancing the potential of the storage node in accordance with the read signal; and a sensor switching element for sensing a potential amplified by the amplifying element and outputting this potential as an output signal from the sensor circuit to the output line.

В этой конфигурации, в которой обеспечено наличие усилительного элемента для усиления потенциала накопительного узла в соответствии с сигналом считывания, разность между потенциалами накопительного узла вследствие разницы значений освещенности на светоприемной поверхности после того, как усиление больше чем разность между его потенциалами в конце периода интегрирования. Например, разность между потенциалом накопительного узла после усиления во время периода считывания в случае темного состояния и потенциалом накопительного узла после усиления во время периода считывания в том случае, когда падает свет на уровне насыщения, является большей, чем разность между потенциалом накопительного узла в конце периода накопления в случае темного состояния и потенциалом накопительного узла в конце периода накопления в том случае, когда падает свет на уровне насыщения. Следует отметить, что эта функция усиления разности потенциалов установлена между любыми значениями освещенности, а не исключительно для случая темного состояния и для того случая, когда падает свет на уровне насыщения. Таким образом, может быть создано устройство отображения, включающее в себя оптический датчик с высокой чувствительностью.In this configuration, in which an amplifier element is provided for amplifying the potential of the storage unit in accordance with the read signal, the difference between the potentials of the storage unit is due to the difference in illumination values on the light receiving surface after the gain is greater than the difference between its potentials at the end of the integration period. For example, the difference between the potential of the storage unit after amplification during the reading period in the case of a dark state and the potential of the storage unit after amplification during the reading period when light falls at the saturation level is greater than the difference between the potential of the storage unit at the end of the period accumulation in the case of a dark state and the potential of the storage node at the end of the accumulation period in the case when light is incident at the saturation level. It should be noted that this function of amplifying the potential difference is established between any illumination values, and not exclusively for the case of a dark state and for the case when light falls at the saturation level. In this manner, a display device including an optical sensor with high sensitivity can be created.

Кроме того, описанная выше конфигурация предпочтительно видоизменена так, что обеспечено наличие светоэкранирующей пленки на стороне, противоположной стороне светоприемной поверхности относительно фотоприемного элемента, причем эта светоэкранирующая пленка соединена с источником питания для подачи напряжения для фиксации потенциала светоэкранирующей пленки равным постоянному потенциалу, и удовлетворяется следующая формула:In addition, the configuration described above is preferably modified so that a light shielding film is provided on a side opposite the side of the light receiving surface with respect to the photodetector element, this light shielding film being connected to a power supply for supplying voltage to fix the potential of the light shielding film to a constant potential, and the following formula is satisfied :

VLS≥VRST.H ,V LS ≥V RST.H ,

где VLS - постоянный потенциал, а VRST.H - высокоуровневый потенциал сигнала сброса. В этой предпочтительной конфигурации могут быть устранены флуктуации потенциала светоэкранирующей пленки, в силу чего ухудшение характеристик диода D1 может быть ослаблено.where V LS is the constant potential and V RST.H is the high-level potential of the reset signal. In this preferred configuration, fluctuations in the potential of the light shielding film can be eliminated, whereby the degradation of the characteristics of the diode D1 can be mitigated.

В том случае, когда в качестве фотоприемного элемента использован pin-диод, еще более предпочтительно, чтобы удовлетворялась следующая формула:In the case where a pin diode is used as the photodetector, it is even more preferable that the following formula is satisfied:

VLS≥VRST.H+Vth_p,V LS ≥V RST.H + V th_p ,

где Vth_p - пороговое напряжение p-канала pin-диода. Эта предпочтительная конфигурация может вызывать работу pin-диода в состоянии, в котором в диоде на обеих границах слоя собственного полупроводника (i-слоя) со стороны p-слоя и со стороны n-слоя свободные электроны и положительные дырки имеют тенденцию к миграции. Следовательно, фототок (фотоэлектрический ток) увеличивается, и линейность изменения фототока (фотоэлектрического тока) при изменении освещенности может быть улучшена.where V th_p is the threshold voltage of the p-channel pin diode. This preferred configuration may cause the pin diode to operate in a state in which free electrons and positive holes tend to migrate in the diode at both boundaries of the intrinsic semiconductor layer (i-layer) from the p-layer and from the n-layer. Therefore, the photocurrent (photoelectric current) increases, and the linearity of the change in the photocurrent (photoelectric current) with changing illumination can be improved.

В описанном выше устройстве отображения в качестве усилительного элемента может быть использован, например, конденсатор переменной емкости. В этом случае в качестве конденсатора переменной емкости может быть использован, например, MOS-конденсатор (конденсатор со структурой металл-оксид-полупроводник), который включает в себя сигнальную линию считывания, изоляционную пленку и область полупроводника p-типа, сформированную в кремниевой пленке. В альтернативном варианте в качестве конденсатора переменной емкости может быть использован MOS-конденсатор, который включает в себя электрод затвора элемента, переключающего датчик, изоляционную пленку и область полупроводника n-типа, сформированную в кремниевой пленке. В описанной выше конфигурации сигнальная линия считывания может быть использована в качестве затвора конденсатора переменной емкости. Следовательно, эта конфигурация имеет преимущество, состоящее в отсутствии необходимости обеспечения наличия линии и контактов для соединения сигнальной линии считывания и электрода затвора.In the display device described above, for example, a variable capacitor can be used as an amplifying element. In this case, for example, a MOS capacitor (metal-oxide-semiconductor capacitor) can be used as a variable capacitor, which includes a read signal line, an insulating film, and a p-type semiconductor region formed in a silicon film. Alternatively, a MOS capacitor may be used as a variable capacitor, which includes a gate electrode of a sensor switching element, an insulating film, and an n-type semiconductor region formed in the silicon film. In the configuration described above, the read signal line can be used as a gate of a variable capacitor. Therefore, this configuration has the advantage of not having to provide a line and contacts for connecting the read signal line and the gate electrode.

Более того, в описанном выше устройстве отображения в качестве усилительного элемента может быть использован, например, p-канальный тонкопленочный транзистор. В этом случае предпочтительно, чтобы в p-канальном тонкопленочном транзисторе область канала была сформирована в широком участке кремниевой пленки, соединяющей фотоприемный элемент и накопительный узел друг с другом, и чтобы электрод затвора p-канального тонкопленочного транзистора был создан так, что перекрывает этот широкий участок. В этой конфигурации длина границы может быть уменьшена, что предотвращает сужения динамического диапазона из-за паразитной емкости или тока утечки. В альтернативном варианте в описанном выше устройстве отображения в качестве усилительного элемента может быть использован n-канальный тонкопленочный транзистор.Moreover, in the above-described display device, for example, a p-channel thin-film transistor can be used as an amplifying element. In this case, it is preferable that in the p-channel thin-film transistor, the channel region is formed in a wide area of the silicon film connecting the photodetector element and the storage unit to each other, and so that the gate electrode of the p-channel thin-film transistor is created so that it covers this wide area . In this configuration, the boundary length can be reduced, which prevents narrowing of the dynamic range due to stray capacitance or leakage current. Alternatively, an n-channel thin film transistor may be used as an amplifier element in the display device described above.

В альтернативном варианте в описанном выше устройстве отображения в качестве усилительного элемента может быть использован диод, имеющий электрод затвора на канале. В этой конфигурации длина границы может быть уменьшена.Alternatively, a diode having a gate electrode on a channel may be used as an amplifying element in the display device described above. In this configuration, the border length can be reduced.

Кроме того, в качестве другой предпочтительной конфигурации описанное выше устройство отображения может иметь конфигурацию, в которой обеспечено наличие электрода, противоположного светоэкранирующей пленке, для формирования последовательно подключенной емкости относительно паразитной емкости между светоэкранирующей пленкой и фотоприемным элементом, и этот электрод является электрически соединенным с сигнальной линией считывания. Эта конфигурация имеет эффект уменьшения влияния, которое оказывает паразитная емкость между светоэкранирующей пленкой и фотоприемным элементом на изменение потенциала накопительного узла в течение периода интегрирования.In addition, as another preferred configuration, the display device described above may have a configuration in which an electrode opposite to the light shielding film is provided to form a capacitively connected capacitance relative to the stray capacitance between the light shielding film and the photodetector, and this electrode is electrically connected to the signal line reading out. This configuration has the effect of reducing the influence that the parasitic capacitance between the light-shielding film and the photodetector has on the potential change of the storage unit during the integration period.

Кроме того, в описанном выше устройстве отображения предпочтительно обеспечено наличие множества фотоприемных элементов в области пикселей, причем это множество фотоприемных элементов соединены параллельно, а усилительный элемент соединен с одним из фотоприемных элементов, расположенным в конце фотоприемных элементов. За счет параллельного соединения множества фотоприемных элементов таким способом может быть увеличен фотоэлектрический ток, в силу чего чувствительность может быть улучшена.In addition, in the above-described display device, it is preferable to provide a plurality of photodetector elements in the pixel region, moreover, the plurality of photodetector elements are connected in parallel and the amplifying element is connected to one of the photodetector elements located at the end of the photodetector elements. Due to the parallel connection of the plurality of photodetector elements in this way, the photoelectric current can be increased, whereby the sensitivity can be improved.

В описанном выше устройстве отображения элементом, переключающим датчик, предпочтительно является переключающий элемент с тремя выводами, причем электрод затвора, являющийся одним из этих трех выводов, соединен с накопительным узлом, а один из двух других выводов из этих трех выводов соединен с выходной линией. В этой конфигурации достаточно наличие одного элемента, переключающего датчик, и, следовательно, конфигурация схемы оптического датчика может быть упрощена. Следует отметить, что в описанном выше устройстве отображения может быть дополнительно обеспечено наличие переключающего элемента для сброса элемента, переключающего датчик.In the display device described above, the sensor switching element is preferably a switching element with three terminals, the gate electrode being one of the three terminals being connected to the storage unit, and one of the other two terminals of the three terminals being connected to the output line. In this configuration, a single sensor switching element is sufficient, and therefore, the configuration of the optical sensor circuit can be simplified. It should be noted that in the display device described above, a switching element can be additionally provided for resetting the sensor switching element.

В описанном выше устройстве отображения усилительный элемент предпочтительно имеет пороговый потенциал, при котором состояние усилительного элемента переключается между состоянием "включено" ("ВКЛ") и состоянием "выключено" ("ВЫКЛ") в интервале между низкоуровневым потенциалом и высокоуровневым потенциалом сигнала считывания.In the display device described above, the amplifier element preferably has a threshold potential at which the state of the amplifier element switches between an “on” (“ON”) state and an “off” (OFF) state between the low level potential and the high level read signal potential.

Описанное выше устройство отображения может быть осуществлено как жидкокристаллическое устройство отображения, которое дополнительно включает в себя противоположную подложку, которая является противоположной подложке активной матрицы; и жидкий кристалл, расположенный между подложкой активной матрицы и противоположной подложкой.The display device described above can be implemented as a liquid crystal display device, which further includes an opposite substrate, which is the opposite of the active matrix substrate; and liquid crystal located between the active matrix substrate and the opposite substrate.

Ниже приведено объяснение более конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. Следует отметить, что в описанных ниже вариантах осуществления изобретения показаны приведенные в качестве примера конфигурации в том случае, когда устройство отображения согласно настоящему изобретению осуществлено как жидкокристаллическое устройство отображения, но устройство отображения согласно настоящему изобретению не ограничено жидкокристаллическим устройством отображения, и настоящее изобретение применимо к произвольному устройству отображения, в котором используется подложка активной матрицы. Следует отметить, что устройство отображения согласно настоящему изобретению, имеющее оптические датчики, используется в качестве устройства отображения, оснащенного сенсорной панелью, которое обнаруживает объект, приближающийся к его экрану, и выполняет операцию ввода, в качестве устройства отображения для двусторонней связи, имеющего функцию отображения и функцию захвата изображения, и т.д. The following is an explanation of more specific embodiments of the present invention with reference to the drawings. It should be noted that in the following embodiments, exemplary configurations are shown when the display device of the present invention is implemented as a liquid crystal display device, but the display device of the present invention is not limited to the liquid crystal display device, and the present invention is applicable to arbitrary a display device using an active matrix substrate. It should be noted that a display device according to the present invention having optical sensors is used as a display device equipped with a touch panel that detects an object approaching its screen and performs an input operation as a display device for two-way communication having a display function and image capture function, etc.

Кроме того, для удобства объяснения на чертежах, ссылки на которые приведены ниже, из составляющих элементов, входящих в состав варианта осуществления настоящего изобретения, упрощенно показаны только лишь те основные элементы, иллюстрации которых необходимы для объяснения настоящего изобретения. Следовательно, устройство отображения согласно данному варианту осуществления изобретения может включать в себя произвольные элементы, не показанные на чертежах, на которые приведены ссылки в описании настоящего изобретения. Кроме того, размеры элементов, показанных на чертежах, не точно отражают реальные размеры составляющих элементов, соотношения размеров составляющих элементов и т.д.In addition, for the convenience of explanation in the drawings, the references to which are given below, of the constituent elements included in an embodiment of the present invention, only those basic elements are simplified, the illustrations of which are necessary to explain the present invention. Therefore, the display device according to this embodiment of the invention may include arbitrary elements not shown in the drawings, referred to in the description of the present invention. In addition, the dimensions of the elements shown in the drawings do not accurately reflect the actual dimensions of the constituent elements, aspect ratios of the constituent elements, etc.

[Первый вариант осуществления изобретения][First embodiment of the invention]

Сначала приведено объяснение конфигурации подложки активной матрицы, которая обеспечена в жидкокристаллическом устройстве отображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, со ссылкой на Фиг. 1 и Фиг. 2.First, an explanation is given of the configuration of the active matrix substrate that is provided in the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention, with reference to FIG. 1 and FIG. 2.

На Фиг. 1 изображена блок-схема, на которой схематично проиллюстрирована конфигурация подложки 100 активной матрицы, которой оснащено жидкокристаллическое устройство отображения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 1, подложка 100 активной матрицы включает в себя, на ее стеклянной подложке, по меньшей мере, область 1 пикселей, драйвер 2 затворов устройства отображения, драйвер 3 истоков устройства отображения, драйвер 4 столбцов датчиков, драйвер 5 строк датчиков, буферный усилитель 6 и соединитель 7 для гибких печатных плат (FPC-соединитель). Кроме того, с подложкой 100 активной матрицы через FPC-соединитель 7 и гибкую печатную плату (FPC) 9 соединена схема 8 обработки сигналов для обработки сигнала изображения, регистрируемого фотоприемным элементом (описание которого приведено ниже) в области 1 пикселей.In FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an active matrix substrate 100 that is equipped with a liquid crystal display device according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the active matrix substrate 100 includes, on its glass substrate, at least a region of 1 pixels, a driver 2 of the gate of the display device, a driver 3 of the source of the display device, a driver of 4 sensor columns, a driver of 5 sensor columns, a buffer amplifier 6, and a connector 7 for flexible printed circuit boards (FPC connector). In addition, a signal processing circuit 8 is connected to the active matrix substrate 100 through an FPC connector 7 and a flexible printed circuit board (FPC) 9 for processing an image signal recorded by a photodetector (described below) in the pixel region 1.

Следует отметить, что описанные выше составляющие элементы на подложке 100 активной матрицы могут быть сформированы монолитно на стеклянной подложке посредством технологии обработки полупроводниковых материалов. В альтернативном варианте конфигурация может быть следующей: усилители и драйверы из описанных выше элементов смонтированы на стеклянной подложке, например, способами COG (монтаж микросхемы на стекло). Кроме того, в альтернативном варианте, по меньшей мере, часть вышеупомянутых элементов, показанных на подложке 100 активной матрицы на Фиг. 1, может быть установлена на гибкой печатной плате (FPC) 9. Подложка 100 активной матрицы покрыта противоположной подложкой (не показана), имеющей противоэлектрод, сформированный на всей ее поверхности, образуя многослойную структуру. Жидкокристаллическое вещество загерметизировано в пространстве между подложкой 100 активной матрицы и противоположной подложкой.It should be noted that the constituent elements described above on the active matrix substrate 100 can be formed integrally on a glass substrate by using semiconductor material processing technology. In an alternative embodiment, the configuration may be as follows: amplifiers and drivers from the elements described above are mounted on a glass substrate, for example, by COG methods (mounting a chip on glass). In addition, in an alternative embodiment, at least a portion of the above elements shown on the active matrix substrate 100 in FIG. 1 can be mounted on a flexible printed circuit board (FPC) 9. The active matrix substrate 100 is coated with an opposite substrate (not shown) having a counter electrode formed on its entire surface to form a multilayer structure. The liquid crystal material is sealed in the space between the active matrix substrate 100 and the opposite substrate.

Область 1 пикселей представляет собой область, где сформировано множество пикселей для отображения изображений. В данном варианте осуществления изобретения оптический датчик для регистрации изображений обеспечен в каждом пикселе в области 1 пикселей. На Фиг. 2 изображена эквивалентная электрическая схема, на которой показана компоновка пикселей и оптических датчиков в области 1 пикселей на подложке 100 активной матрицы. В примере, показанном на Фиг. 2, один пиксель сформирован из трех подпикселей R (красного), G (зеленого) и B (синего). В одном пикселе, составленном из этих трех подпикселей, обеспечен один оптический датчик. Область 1 пикселей включает в себя пиксели, упорядоченно расположенные в виде матрицы из М строк × N столбцов, и оптические датчики, упорядоченно распложенные аналогичным образом в виде матрицы из М строк × N столбцов. Следует отметить, что количество подпикселей равно М × 3N, как описано выше.The pixel region 1 is an area where a plurality of pixels are formed for displaying images. In this embodiment, an optical sensor for recording images is provided in each pixel in the region of 1 pixels. In FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing the arrangement of pixels and optical sensors in the 1 pixel region on the active matrix substrate 100. In the example shown in FIG. 2, one pixel is formed of three sub-pixels R (red), G (green) and B (blue). In one pixel made up of these three subpixels, one optical sensor is provided. The pixel region 1 includes pixels arranged in a matrix of M rows × N columns and optical sensors arranged in a similar manner in a matrix of M rows × N columns. It should be noted that the number of subpixels is M × 3N, as described above.

Следовательно, как показано на Фиг. 2, области 1 пикселей имеют линии GL затворов и линии COL истоков, упорядоченно расположенные в виде матрицы в качестве линий для пикселей. Линии GL затворов соединены с драйвером 2 затворов устройства отображения. Линии COL истоков соединены с драйвером 3 истоков устройства отображения. Следует отметить, что в области 1 пикселей обеспечено М строк линий GL затворов. Ниже, когда необходимо дать описание конкретной отдельной линии GL затворов, то она обозначена как GLi (i= от 1 до M). С другой стороны, обеспечены три линии COL истоков на один пиксель для подачи данных об изображении в три подпикселя в пикселе, как описано выше. Когда необходимо дать описание конкретной отдельной линии COL истоков, то она обозначена как COLrj, COLgj или COLbj (j= от 1 до N).Therefore, as shown in FIG. 2, the pixel regions 1 have gate lines GL and source lines COL arranged orderly in a matrix as pixel lines. The shutter lines GL are connected to the driver 2 of the shutters of the display device. The source COL lines are connected to the driver 3 of the source of the display device. It should be noted that in the area of 1 pixel provided M lines of lines of GL shutters. Below, when it is necessary to describe a specific individual line of gates of gates, it is denoted as GLi (i = 1 to M). On the other hand, three source COL lines per pixel are provided for supplying image data to three sub-pixels in a pixel, as described above. When it is necessary to describe a specific individual line of COL sources, it is designated as COLrj, COLgj or COLbj (j = 1 to N).

В каждой из точек пересечения линий GL затворов и линий COL истоков обеспечен тонкопленочный транзистор (TFT) M1 в качестве переключающего элемента для пикселя. Следует отметить, что на Фиг. 2 тонкопленочные транзисторы M1, обеспеченные для красного, зеленого и синего подпикселей, обозначены соответственно как M1r, M1g и M1b. Электрод затвора тонкопленочного транзистора M1 соединен с линией GL затворов, его электрод истока соединен с линией COL истоков, а его электрод стока соединен с электродом пикселя, который не показан. Таким образом, как показано на Фиг. 2, между электродом стока тонкопленочного транзистора M1 и противоэлектродом (VCOM) сформирован жидкокристаллический конденсатор CLC. Кроме того, между электродом стока и TFT COM сформирован вспомогательный конденсатор CLS.At each of the intersection points of the gate lines GL and the source COL lines, a thin film transistor (TFT) M1 is provided as a switching element for the pixel. It should be noted that in FIG. The 2 thin-film transistors M1 provided for the red, green, and blue sub-pixels are designated respectively as M1r, M1g, and M1b. The gate electrode of the thin film transistor M1 is connected to the gate line GL, its source electrode is connected to the source line COL, and its drain electrode is connected to a pixel electrode, which is not shown. Thus, as shown in FIG. 2, a liquid crystal capacitor C LC is formed between the drain electrode of the thin film transistor M1 and the counter electrode (VCOM). In addition, an auxiliary capacitor C LS is formed between the drain electrode and the TFT COM.

На Фиг. 2 для подпикселя, приводимого в действие тонкопленочным транзистором M1r, который соединен с точкой пересечения одной линии GLi затворов и одной линии COLrj истоков, обеспечен красный цветовой фильтр, соответствующий этому подпикселю. В этот подпиксель подают данные об изображении красного цвета из драйвера 3 истоков устройства отображения через исток COLrj, вследствие чего он функционирует как красный подпиксель. Кроме того, для подпикселя, приводимого в действие тонкопленочным транзистором M1g, который соединен с точкой пересечения линии GLi затворов и линии COLgj истоков, обеспечен зеленый цветовой фильтр, соответствующий этому подпикселю. В этот подпиксель подают данные об изображении зеленого цвета из драйвера 3 истоков устройства отображения через линию COLgj истоков, вследствие чего он функционирует как зеленый подпиксель. Помимо этого, для подпикселя, приводимого в действие тонкопленочным транзистором M1b, который соединен с точкой пересечения линии GLi затворов и линии COLbj истоков, обеспечен синий цветовой фильтр, соответствующий этому подпикселю. В этот подпиксель подают данные об изображении синего цвета из драйвера 3 истоков устройства отображения через линию COLbj истоков, вследствие чего он функционирует как синий подпиксель.In FIG. 2, a red color filter corresponding to this subpixel is provided for a subpixel driven by a thin film transistor M1r that is connected to an intersection point of one gate line GLi and one source line COLrj. This subpixel is supplied with red image data from the driver 3 of the source of the display device through the source COLrj, whereby it functions as a red subpixel. In addition, for the subpixel driven by the thin film transistor M1g, which is connected to the intersection of the gate line GLi and the source line COLgj, a green color filter corresponding to this subpixel is provided. This subpixel is supplied with green image data from the driver 3 of the source of the display device through the line COLgj of sources, whereby it functions as a green subpixel. In addition, for the subpixel driven by the thin film transistor M1b, which is connected to the intersection of the gate line GLi and the source line COLbj, a blue color filter corresponding to this subpixel is provided. This subpixel is supplied with blue image data from the driver 3 of the source of the display device through the line COLbj of sources, whereby it functions as a blue subpixel.

Следует отметить, что в примере, показанном на Фиг. 2, обеспечены такие оптические датчики, что один оптический датчик соответствует одному пикселю (трем подпикселям) в области 1 пикселей. Однако соотношение между пикселями и обеспеченными оптическими датчиками не ограничено этим примером, но является произвольным. Например, может быть обеспечено наличие одного оптического датчика на каждый один подпиксель, или может быть обеспечено наличие одного оптического датчика на множество пикселей.It should be noted that in the example shown in FIG. 2, optical sensors are provided such that one optical sensor corresponds to one pixel (three sub-pixels) in the region of 1 pixels. However, the ratio between the pixels and the provided optical sensors is not limited to this example, but is arbitrary. For example, one optical sensor per each subpixel can be provided, or one optical sensor per multiple pixels can be provided.

Как показано на Фиг. 2, оптический датчик включает в себя фотодиод D1 в качестве фотоприемного элемента, конденсатор C1 (усилительный элемент) и транзистор M2. Конденсатором C1, который в данном варианте осуществления изобретения функционирует в качестве усилительного элемента, является конденсатор переменной емкости.As shown in FIG. 2, the optical sensor includes a photodiode D1 as a photodetector element, a capacitor C1 (an amplifying element), and a transistor M2. The capacitor C1, which in this embodiment functions as an amplifying element, is a variable capacitor.

В примере, показанном на Фиг. 2, линия COLr истоков также функционирует в качестве линии VDD для подачи постоянного напряжения VDD на оптический датчик из драйвера 4 столбцов датчиков. Кроме того, линия COLg истоков также функционирует в качестве линии OUT для вывода выходного сигнала датчика.In the example shown in FIG. 2, the source line COLr also functions as a VDD line for supplying a constant voltage VDD to the optical sensor from the driver 4 sensor columns. In addition, the source line COLg also functions as an OUT line for outputting the sensor output.

С анодом фотодиода D1 соединена линия RST для подачи сигнала сброса. Один из электродов конденсатора C1 и затвор транзистора M2 соединены с катодом фотодиода D1. Сток транзистора M2 соединен с линией VDD, а его исток соединен с линией OUT. На Фиг. 2 точка соединения (накопительный узел), в которой (в котором) соединены катод фотодиода D1, один из электродов конденсатора C1 и затвор транзистора M2, обозначена как "INT". Другой электрод конденсатора C1 соединен с линией RWS для подачи сигнала считывания. Линии RST и линии RWS соединены с драйвером 5 строк датчиков. Наличие этих линий RST и RWS обеспечено для каждой строки. Следовательно, ниже, когда нужно различить эти линии, то они обозначены как RSTi и RWSi (i= от 1 до M).An RST line is connected to the anode of photodiode D1 to provide a reset signal. One of the electrodes of the capacitor C1 and the gate of the transistor M2 are connected to the cathode of the photodiode D1. The drain of the transistor M2 is connected to the VDD line, and its source is connected to the OUT line. In FIG. 2, a connection point (storage node) at which (in which) the cathode of the photodiode D1, one of the electrodes of the capacitor C1 and the gate of the transistor M2 are connected, is indicated as "INT". The other electrode of capacitor C1 is connected to the RWS line to provide a read signal. RST lines and RWS lines are connected to a 5-line sensor driver. The availability of these RST and RWS lines is provided for each row. Therefore, below, when you need to distinguish between these lines, they are denoted as RSTi and RWSi (i = 1 to M).

Драйвер 5 строк датчиков выбирает линии RSTi и RWSi в комбинации, показанной на Фиг. 2, последовательно через заданные промежутки trow времени. Таким образом, строки оптических датчиков, с которых необходимо считывать информационные заряды, выбирают последовательно в области 1 пикселей.The sensor line driver 5 selects the RSTi and RWSi lines in the combination shown in FIG. 2, sequentially at given intervals t row of time. Thus, the rows of optical sensors from which it is necessary to read information charges are selected sequentially in the region of 1 pixels.

Следует отметить, что, как показано на Фиг. 2, сток полевого транзистора M3 с изолированным затвором соединен с концом линии OUT. Со стоком транзистора M3 соединена выходная линия SOUT. Следовательно, потенциал VSOUT стока транзистора M3 выводят в качестве выходного сигнала из оптического датчика в драйвер 4 столбцов датчиков. Исток транзистора M3 соединен с линией VSS. Затвор транзистора M3 соединен с источником опорного напряжения (не показан) через линию VB опорного напряжения.It should be noted that, as shown in FIG. 2, the drain of the insulated gate field effect transistor M3 is connected to the end of the line OUT. An output line SOUT is connected to the drain of transistor M3. Therefore, the potential V SOUT of the drain of the transistor M3 is output as an output signal from the optical sensor to the driver 4 columns of sensors. The source of the transistor M3 is connected to the VSS line. The gate of the transistor M3 is connected to a voltage reference source (not shown) through the voltage reference line VB.

На Фиг. 3 показана диаграмма вольтфарадной (CV) характеристики конденсатора C1. На Фиг. 3 по горизонтальной оси показано напряжение VCAP между электродами конденсатора C1, а по вертикальной оси показана электростатическая емкость. Как показано на Фиг. 3, конденсатор C1 отличается тем, что имеет электростатическую емкость, которая является постоянной тогда, когда напряжение VCAP между электродами мало, но круто изменяется непосредственно до и после того, как напряжение VCAP между электродами достигает порогового значения. Следовательно, характеристики конденсатора C1 могут динамически изменяться при изменении потенциала сигнала считывания, подаваемого с линии RWS. Использование конденсатора C1, имеющего такие характеристики, позволяет оптическому датчику согласно данному варианту осуществления изобретения считывать усиленное значение изменения потенциала накопительного узла периода TINT интегрирования, как показано на Фиг. 4. Пример, показанный на Фиг. 4, представляет собой просто один из вариантов осуществления изобретения, в котором низкий уровень VRST.L сигнала сброса равен -1,4 В, а высокий уровень VRST.H сигнала сброса равен 0 В. Низкий уровень VRWS.L сигнала считывания равен -3 В, а высокий уровень VRWS.H сигнала считывания является 12 В. К тому же, на Фиг. 4 форма сигнала, обозначенная сплошной линией, представляет собой изменение потенциала VINT в том случае, когда количество света, падающего на фотодиод D1, мало, а форма сигнала, обозначенная пунктирной линией, представляет собой изменение потенциала VINT в том случае, когда на фотодиод D1 падает свет на уровне насыщения. ΔVSIG представляет собой разность потенциалов, пропорциональную количеству света, падающего на фотодиод D1. Из сравнения между обычным примером, показанным на Фиг. 63, и конфигурацией, показанной на Фиг. 4, ясно, что в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения изменение потенциала накопительного узла в течение периода интегрирования TINT в том случае, когда падает свет на уровне насыщения, является меньшим, чем в обычном оптическом датчике. Однако оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения усиливает потенциал накопительного узла и считывает его в течение периода считывания (периода, когда потенциал сигнала считывания имеет высокий уровень VRWS.H).In FIG. 3 shows a capacitance-voltage (CV) diagram of capacitor C1. In FIG. 3, the horizontal axis shows the voltage V CAP between the electrodes of capacitor C1, and the vertical axis shows the electrostatic capacitance. As shown in FIG. 3, the capacitor C1 is characterized in that it has an electrostatic capacitance which is constant when the voltage V CAP between the electrodes is small, but changes abruptly immediately before and after the voltage V CAP between the electrodes reaches a threshold value. Therefore, the characteristics of the capacitor C1 can dynamically change when the potential of the read signal supplied from the RWS line changes. Using a capacitor C1 having such characteristics allows the optical sensor according to this embodiment to read the amplified value of the potential change of the storage node of the integration period T INT , as shown in FIG. 4. The example shown in FIG. 4 is just one embodiment of the invention in which the low level V RST.L of the reset signal is -1.4 V and the high level V RST.H of the reset signal is 0 V. The low level V RWS.L of the read signal is -3 V, and the high level V RWS.H of the read signal is 12 V. Moreover, in FIG. 4, the waveform indicated by the solid line represents the change in potential V INT in the case when the amount of light incident on the photodiode D1 is small, and the waveform indicated by the dashed line represents the change in potential V INT in the case when the photodiode D1 light falls at saturation level. ΔV SIG is the potential difference proportional to the amount of light incident on the photodiode D1. From a comparison between the conventional example shown in FIG. 63, and the configuration shown in FIG. 4, it is clear that in the optical sensor according to this embodiment, the change in the potential of the storage unit during the integration period T INT in the case where light is incident at the saturation level is smaller than in a conventional optical sensor. However, the optical sensor according to this embodiment of the invention amplifies the potential of the storage node and reads it during the reading period (the period when the potential of the reading signal has a high level V RWS.H ).

Здесь считывание выходного сигнала датчика из области 1 пикселей объяснено со ссылкой на Фиг. 4. Сначала, когда уровень сигнала сброса, подаваемого из драйвера 5 строк датчиков на линию RST, повышается с низкого уровня (VRST.L) до высокого уровня (VRST.H), фотодиод D1 имеет прямое смещение. В результате потенциал VINT точки INT соединения имеет величину, которая выражается следующей формулой (4):Here, the reading of the sensor output from the pixel region 1 is explained with reference to FIG. 4. First, when the level of the reset signal supplied from the driver of 5 lines of sensors to the RST line rises from a low level (V RST.L ) to a high level (V RST.H ), the photodiode D1 has a forward bias. As a result, the potential V INT of the connection point INT has a value that is expressed by the following formula (4):

VINT=VRST.H-VF, (4)V INT = V RST.H -V F , (4)

где VF - прямое напряжение фотодиода D1. Поскольку здесь VINT является более низким, чем пороговое напряжение транзистора M2, то транзистор M2 является непроводящим в течение периода сброса.where V F is the forward voltage of the photodiode D1. Since here, V INT is lower than the threshold voltage of the transistor M2, the transistor M2 is non-conductive during the reset period.

Затем, когда уровень сигнала сброса возвращается до низкого уровня VRST.L, начинается период интегрирования фотоэлектрического тока (TINT). В течение периода TINT интегрирования фотоэлектрический ток, пропорциональный количеству света, падающему на фотодиод D1, втекает в конденсатор C1, в силу чего конденсатор C1 разряжается. Это приводит к тому, что потенциал VINT точки INT соединения в конце периода TINT интегрирования имеет величину, которая выражается следующей формулой (5):Then, when the level of the reset signal returns to a low level V RST.L , the integration period of the photoelectric current (T INT ) begins. During the integration period T INT , a photoelectric current proportional to the amount of light incident on the photodiode D1 flows into the capacitor C1, whereby the capacitor C1 is discharged. This leads to the fact that the potential V INT of the connection point INT at the end of the integration period T INT has a value that is expressed by the following formula (5):

VINT=VRST.H-VF-∆VRST·CPD/CTOTAL-IPHOTO·tINT/CTOTAL (5)V INT = V RST.H -V F -∆V RST · C PD / C TOTAL -I PHOTO · t INT / C TOTAL (5)

где ΔVRST - высота импульса сигнала сброса (VRST.H - VRST.L); IPHOTO - фотоэлектрический ток фотодиода D1; tINT - продолжительность периода интегрирования; CPD - емкость фотодиода D1; а CTOTAL - емкость всей оптической схемы в целом, то есть, суммарная емкости точки INT соединения, равная сумме емкости CINT конденсатора C1, емкости CPD фотодиода D1 и емкости CTFT транзистора M2. К тому же, в течение периода интегрирования также, поскольку VINT является более низким, чем пороговое напряжение транзистора M2, то транзистор M2 является непроводящим.where ΔV RST is the pulse height of the reset signal (V RST.H - V RST.L ); I PHOTO - photoelectric current of the photodiode D1; t INT is the duration of the integration period; C PD is the capacitance of the photodiode D1; and C TOTAL is the capacitance of the entire optical circuit as a whole, that is, the total capacitance of the connection point INT equal to the sum of the capacitance C INT of the capacitor C1, the capacitance C PD of the photodiode D1 and the capacitance C TFT of the transistor M2. Moreover, during the integration period also, since V INT is lower than the threshold voltage of the transistor M2, the transistor M2 is non-conductive.

После окончания периода интегрирования уровень сигнала считывания, подаваемого на линию RWS, повышается, и начинается период считывания. При этом происходит инжекция электрических зарядов в конденсатор C1. Когда потенциал VINT точки INT соединения становится более высоким, чем пороговое напряжение транзистора M2, то транзистор M2, становится проводящим. Следовательно, транзистор M2 вместе с транзистором M3 смещения, наличие которого обеспечено на конце линии OUT в каждом столбце, функционирует в качестве усилителя на истоковом повторителе. В оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения напряжение выходного сигнала с выходной линии SOUT со стока транзистора M3 является эквивалентным значению, полученному путем усиления интеграла фотоэлектрического тока фотодиода D1 в течение периода интегрирования. Описание принципов этого приведено ниже.After the end of the integration period, the level of the read signal supplied to the RWS line rises, and the read period begins. In this case, electric charges are injected into capacitor C1. When the potential V INT of the connection point INT becomes higher than the threshold voltage of the transistor M2, the transistor M2 becomes conductive. Therefore, the transistor M2 together with the bias transistor M3, which is provided at the end of the OUT line in each column, functions as an amplifier on the source follower. In the optical sensor according to this embodiment, the voltage of the output signal from the output line SOUT from the drain of the transistor M3 is equivalent to the value obtained by amplifying the photoelectric current integral of the photodiode D1 during the integration period. A description of the principles of this is given below.

Как описано выше, в данном варианте осуществления изобретения инициализацию импульсом сброса, интегрирование фотоэлектрического тока в течение периода интегрирования и считывание выходного сигнала датчика в течение периода считывания, которые, как предполагают, составляют один цикл, выполняют циклически.As described above, in this embodiment, initialization by a reset pulse, integration of the photoelectric current during the integration period, and reading of the sensor output during the reading period, which are assumed to be one cycle, are performed cyclically.

Ниже объяснена конкретная конфигурация оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения со ссылкой на чертежи. На Фиг. 5 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно пятому варианту осуществления изобретения. На Фиг. 6 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 7 на виде в увеличенном масштабе показана та область, где сформирован конденсатор C1. На Фиг. 8 на схематичном виде в поперечном разрезе показана схема соединений соответствующих областей в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения.The specific configuration of an optical sensor according to this embodiment of the invention is explained below with reference to the drawings. In FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to a fifth embodiment of the invention. In FIG. 6 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 7 is an enlarged view of the region where the capacitor C1 is formed. In FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a connection diagram of respective regions in an optical sensor according to this embodiment of the invention.

Как показано на Фиг. 5, оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения включает в себя конденсатор C1, которым является конденсатор переменной емкости, в качестве усилительного элемента. В данном варианте осуществления изобретения конденсатор C1 представляет собой p-канальный MOS-конденсатор. Следует отметить, что на Фиг. 6 обеспечено наличие транзистора M2 в области между линиями COLg и COLb истоков, и обеспечено наличие двух наборов из конденсатора C1 и диода D1, соответственно, с обеих их сторон. В альтернативном варианте может быть обеспечено наличие только лишь одного набора из конденсатора C1 и диода D1. На задней стороне диода D1 обеспечено наличие светоэкранирующей пленки LS, предотвращающей падение света от задней подсветки на диод D1. Светоэкранирующая пленка LS имеет потенциал, который зафиксирован равным постоянному потенциалу VLS, по меньшей мере, во время работы оптического датчика.As shown in FIG. 5, an optical sensor according to this embodiment of the invention includes a capacitor C1, which is a variable capacitor, as an amplifier element. In this embodiment, the capacitor C1 is a p-channel MOS capacitor. It should be noted that in FIG. 6, a transistor M2 is provided in the region between the source lines COLg and COLb, and two sets of capacitor C1 and diode D1 are provided, respectively, on both sides thereof. Alternatively, only one set of capacitor C1 and diode D1 can be provided. On the back side of the diode D1, a light-shielding film LS is provided to prevent light from falling from the backlight on the diode D1. The light-shielding film LS has a potential that is fixed to a constant potential V LS , at least during operation of the optical sensor.

За счет фиксации потенциала светоэкранирующей пленки LS равным постоянному потенциалу VLS может быть улучшена надежность фотодиода. В том случае, когда потенциал светоэкранирующей пленки LS является плавающим, возможны отклонения потенциала светоэкранирующей пленки LS от исходного значения вследствие переноса носителей заряда или инжекции, в силу чего может происходить изменение и ухудшение характеристик диода D1. Однако, эта проблема может быть решена путем фиксации потенциала светоэкранирующей пленки LS равным постоянному потенциалу VLS.By fixing the potential of the light shielding film LS to the constant potential V LS , the reliability of the photodiode can be improved. In the case where the potential of the light-shielding film LS is floating, deviations of the potential of the light-shielding film LS from the initial value are possible due to the transfer of charge carriers or injection, due to which a change and deterioration of the characteristics of diode D1 can occur. However, this problem can be solved by fixing the potential of the light-shielding film LS equal to the constant potential V LS .

Помимо этого, могут быть уменьшены различия в характеристиках между множеством диодов D1. Это объясняется тем, что если потенциал светоэкранирующей пленки LS является плавающим, то светоэкранирующие пленки LS могут иметь различные плавающие потенциалы вследствие неравномерной зарядки ионов плазмы и т.п. в процессе обработки. В отличие от этого, эта задача может быть решена путем фиксации потенциала светоэкранирующей пленки LS равным постоянному потенциалу VLS. In addition, differences in characteristics between a plurality of D1 diodes can be reduced. This is because if the potential of the light-shielding film LS is floating, then the light-shielding film LS can have different floating potentials due to uneven charging of plasma ions, etc. in process of treatment. In contrast, this problem can be solved by fixing the potential of the light-shielding film LS equal to the constant potential V LS .

Кроме того, могут быть уменьшены взаимные шумы различных сигналов для устройства отображения. Это объясняется следующим: поскольку светоэкранирующая пленка LS имеет емкостную связь с линиями COL истоков, электродами пикселей и т.д., то в случае, когда потенциал светоэкранирующей пленки LS является плавающим, на потенциал светоэкранирующей пленки LS влияют флуктуации потенциала различных сигналов для устройства отображения (потенциалы линий истоков, потенциалы электродов пикселей и т.д.). Такие флуктуации потенциала светоэкранирующей пленки LS дополнительно добавляют шумы к оптическому датчику. В отличие от этого, за счет фиксации потенциала светоэкранирующей пленки LS равным постоянному потенциалу VLS могут быть устранены флуктуации потенциала светоэкранирующей пленки LS, посредством чего может быть решена описанная выше задача.In addition, the mutual noise of various signals for the display device can be reduced. This is explained by the following: since the LS light-shielding film has capacitive coupling with source COL lines, pixel electrodes, etc., in the case when the LS-shielding film potential is floating, the potential fluctuations of various signals for the display device affect the LS-shielding film LS ( potentials of source lines, potentials of pixel electrodes, etc.). Such potential fluctuations in the LS light shielding film further add noise to the optical sensor. In contrast, by fixing the potential of the light shielding film LS to a constant potential V LS , fluctuations in the potential of the light shielding film LS can be eliminated, whereby the problem described above can be solved.

Следует отметить, что предпочтительно удовлетворяется следующее соотношение:It should be noted that the following ratio is preferably satisfied:

VLS≥VRST.H , V LS ≥V RST.H ,

где VLS - постоянный потенциал светоэкранирующей пленки LS, а VRST.H - высокоуровневый потенциал сигнала сброса. Кроме того, более предпочтительно удовлетворяется следующее соотношение:where V LS is the constant potential of the LS light-shielding film, and V RST.H is the high-level potential of the reset signal. In addition, more preferably, the following ratio is satisfied:

VLS≥VRST.H+Vth_p, V LS ≥V RST.H + V th_p ,

где Vth_p - пороговое напряжение p-канала диода D1. Причина этого будет подробно описана ниже.where V th_p is the threshold voltage of the p-channel of the diode D1. The reason for this will be described in detail below.

Как показано на Фиг. 6, оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения включает в себя транзистор M2 в области между линиями COLg и COLb истоков. Диод D1 представляет собой pin-диод с латеральной структурой, в котором на кремниевой пленке, служащей в качестве основы, последовательно сформированы следующие области: область полупроводника p-типа 102p, область 102i собственного полупроводника и область 102n полупроводника n-типа. Область 102p полупроводника p-типа функционируют в качестве анода фотодиода D1 и соединена с линией RST через линию 108 и контакты 109 и 110. Область 102n полупроводника n-типа функционирует в качестве катода фотодиода D1 и соединена с электродом 101 затвора транзистора M2 через продленный участок 107 кремниевой пленки, контакты 105 и 106, и линию 104.As shown in FIG. 6, an optical sensor according to this embodiment of the invention includes a transistor M2 in an area between source lines COLg and COLb. The diode D1 is a lateral-shaped pin diode in which the following regions are sequentially formed on a silicon film serving as a base: a p-type semiconductor region 102p, a native semiconductor region 102i, and an n-type semiconductor region 102n. The p-type semiconductor region 102p functions as the anode of the photodiode D1 and is connected to the RST line via line 108 and pins 109 and 110. The n-type semiconductor region 102n functions as the cathode of the photodiode D1 and is connected to the gate electrode 101 of the transistor M2 through the extended portion 107 silicon film, contacts 105 and 106, and line 104.

В этой конфигурации линии RST и RWS сформированы из того же самого металла, что и металл электрода 101 затвора транзистора M2, и на том же самом слое тем же самым способом, что слой и способ, примененные для электрода 101 затвора. Кроме того, линии 104 и 108 сформированы из того же самого металла, что и металл линии COL истоков, и на том же самом слое тем же самым способом, что слой и способ, примененные для линии COL истоков. На задней стороне фотодиода D1 обеспечена металлическая пленка 113, которая функционирует в качестве светоэкранирующей пленки LS (см. Фиг. 5). Как описано выше, потенциал металлической пленки 113, служащей в качестве светоэкранирующей пленки, зафиксирован равным постоянному потенциалу VLS. Следовательно, металлическая пленка 113 соединена с линией 114. Линия 114 соединена с источником питания с постоянным напряжением (не показан), который расположен вне области 1 пикселей. Следует отметить, что показанная на Фиг. 6 конфигурация, в которой обеспечено наличие линии 114 для подачи постоянного потенциала VLS на металлическую пленку 113, функционирующую в качестве светоэкранирующей пленки LS, параллельно с линией сброса RST, приведена в качестве примера, но конфигурация относительно линии 114 не ограничена этим конкретным примером.In this configuration, the RST and RWS lines are formed from the same metal as the metal of the gate electrode 101 of the transistor M2, and on the same layer in the same manner as the layer and method applied to the gate electrode 101. In addition, lines 104 and 108 are formed from the same metal as the metal of the COL line of the sources, and on the same layer in the same manner as the layer and method applied to the COL line of the sources. On the rear side of the photodiode D1, a metal film 113 is provided which functions as a light shielding film LS (see FIG. 5). As described above, the potential of the metal film 113 serving as the light shielding film is fixed to a constant potential V LS . Therefore, the metal film 113 is connected to the line 114. The line 114 is connected to a constant voltage power supply (not shown), which is located outside the pixel region 1. It should be noted that shown in FIG. 6, a configuration in which a line 114 is provided for supplying a constant potential V LS to a metal film 113 functioning as a light shielding film LS in parallel with a reset line RST is given as an example, but the configuration with respect to line 114 is not limited to this specific example.

Кроме того, как показано на Фиг. 6 по Фиг. 8, конденсатор C1 сформирован посредством широкого участка 111, сформированного в линии RWS, продленного участка 107 кремниевой пленки и изоляционной пленки (не показана), обеспеченной между широким участком 111 и продленным участком 107. Другими словами, широкий участок 111, имеющий тот же самый потенциал, что и потенциал линии RWS, функционирует в качестве электрода затвора конденсатора C1. Область 112, показанная на Фиг. 7, представляет собой область p+, сформированную путем легирования кремниевой пленки n-типа примесью p-типа, например, бором. Следует отметить, что когда выполнено легирование примесью p-типа, то широкий участок 111 функционирует в качестве маски. Следовательно, как показано на Фиг. 8, продленный участок 107 становится областью p+, а участок кремниевой пленки ниже широкого участка 111 образует область n-.In addition, as shown in FIG. 6 of FIG. 8, the capacitor C1 is formed by a wide portion 111 formed in the RWS line, an extended portion of the silicon film 107 and an insulating film (not shown) provided between the wide portion 111 and the extended portion 107. In other words, the wide portion 111 having the same potential as the potential of the RWS line, functions as the gate electrode of capacitor C1. Region 112 shown in FIG. 7 is a p + region formed by doping an n-type silicon film with a p-type impurity, for example, boron. It should be noted that when doping with a p-type impurity is performed, the wide portion 111 functions as a mask. Therefore, as shown in FIG. 8, the extended portion 107 becomes the p + region, and the silicon film portion below the wide portion 111 forms the n - region.

Операция считывания с оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения объяснена здесь ниже. На Фиг. 9 изображена временная диаграмма сигналов, на которой показано изменение потенциала VINT накопительного узла с момента окончания периода интегрирования до периода считывания. На Фиг. 9, форма w1 сигнала, обозначенная сплошной линией, отображает изменение потенциала VINT в том случае, когда количество света, падающего на фотодиод D1, мало. Форма сигнала w2, обозначенная пунктирной линией, отображает изменение потенциала VINT в том случае, когда свет падает на фотодиод D1. Момент времени t0 представляет собой момент времени, в который уровень сигнала считывания, подаваемого с линии RWS, начинает повышаться с низкого уровня VRWS.L. Момент времени t2 представляет собой момент времени, в который уровень сигнала считывания доходит до высокого уровня VRWS.H. Момент времени tS представляет собой момент времени, в который включается транзистор M2 и производится выборка выходного сигнала датчика. Момент времени t1 представляет собой момент времени, в который сигнал считывания достигает порогового напряжения Voff конденсатора C1. Другими словами, конденсатор, C1 имеет рабочие характеристики, которые изменяются в соответствии с количественным соотношением между потенциалом, который подают с сигнальной линии RWS считывания на широкий участок 111, и пороговым напряжением Voff.An optical sensor read operation according to this embodiment of the invention is explained hereinafter. In FIG. 9 is a signal timing chart showing a change in potential V INT of the storage node from the end of the integration period to the reading period. In FIG. 9, the waveform w1, indicated by a solid line, shows the change in potential V INT when the amount of light incident on the photodiode D1 is small. The waveform w2, indicated by the dashed line, shows the change in potential V INT in the case when the light falls on the photodiode D1. Time t 0 is a point in time at which the level of the read signal supplied from the RWS line starts to rise from the low level V RWS.L. The time t 2 is a point in time at which the level of the read signal reaches a high level V RWS.H. The time t S is the time at which the transistor M2 is turned on and the output of the sensor is sampled. The time t 1 is the time at which the read signal reaches the threshold voltage V off of the capacitor C1. In other words, capacitor C1 has performance characteristics that vary in accordance with the quantitative relationship between the potential that is supplied from the read signal line RWS to a wide portion 111 and the threshold voltage V off .

На Фиг. 10A и Фиг. 10B изображены принципиальные схемы в разрезе, на которых показана разница в переносе зарядов вследствие потенциала электрода затвора (широкий участок 111) в конденсаторе C1. Как показано на Фиг. 9, Фиг. 10A и Фиг. 10B, до момента времени t1 конденсатор C1 всегда находится в состоянии "включен" (ON), а после момента времени t1 конденсатор C1 находится в состоянии "выключен" (OFF). Другими словами, когда потенциал линии RWS является равным пороговому напряжению Voff или более низким, то происходит перенос зарядов Qinj под электродом затвора (широким участком 111,) как показано на Фиг. 10A. Однако когда потенциал линии RWS превышает пороговое напряжение Voff, то перенос зарядов Qinj под электродом затвора (широким участком 111) не происходит, как показано на Фиг. 10B. Как описано выше, потенциал VINT(tS) накопительного узла в момент времени tS выборки после того, как потенциал сигнала считывания, поданный с сигнальной линии RWS считывания, достигает высокого уровня VRWS.H, выражается формулой (6), приведенной ниже. Следует отметить, что разность ΔVINT, показанная на Фиг. 4, эквивалентна разности между VINT(t0) и VINT(tS), которая равна Qinj/CINT.In FIG. 10A and FIG. 10B is a cross-sectional diagram showing a difference in charge transfer due to the potential of the gate electrode (wide portion 111) in the capacitor C1. As shown in FIG. 9, FIG. 10A and FIG. 10B, until time t 1, capacitor C1 is always in the ON state, and after time t 1, capacitor C1 is in the OFF state. In other words, when the potential of the RWS line is equal to the threshold voltage V off or lower, charge transfer Q inj occurs under the gate electrode (wide portion 111,) as shown in FIG. 10A. However, when the potential of the RWS line exceeds the threshold voltage V off , the charge transfer Q inj under the gate electrode (wide portion 111) does not occur, as shown in FIG. 10B. As described above, the potential V INT (t S ) of the storage node at the sampling time t S after the potential of the read signal supplied from the read signal line RWS reaches a high level V RWS.H is expressed by formula (6) below . It should be noted that the difference ΔV INT shown in FIG. 4 is equivalent to the difference between V INT (t 0 ) and V INT (t S ), which is equal to Q inj / C INT .

[Математическая формула 1][Mathematical Formula 1]

Figure 00000001
(6)
Figure 00000001
(6)

гдеWhere

Figure 00000002
Figure 00000002

Как показано на Фиг. 9, в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения разность потенциалов накопительного узла, вследствие разности освещенности на светоприемной поверхности после усиления, является большей, чем его разность потенциалов в конце периода интегрирования. Например, разность между потенциалом накопительного узла после усиления в течение периода считывания в случае темного состояния и потенциалом накопительного узла после усиления в течение периода считывания в том случае, когда падает свет на уровне насыщения, является более высокой, чем разность между потенциалом накопительного узла в конце периода накопления в случае темного состояния и потенциалом накопительного узла в конце периода накопления в том случае, когда падает свет на уровне насыщения. Следовательно, может быть реализован оптический датчик, имеющий высокую чувствительность и высокое отношение сигнал/шум.As shown in FIG. 9, in the optical sensor according to this embodiment, the potential difference of the storage unit, due to the difference in illumination on the light receiving surface after amplification, is greater than its potential difference at the end of the integration period. For example, the difference between the potential of the storage node after amplification during the reading period in the case of a dark state and the potential of the storage node after amplification during the reading period when light is incident at the saturation level is higher than the difference between the potential of the storage node at the end the accumulation period in the case of a dark state and the potential of the storage node at the end of the accumulation period in the case when light is incident at the saturation level. Therefore, an optical sensor having a high sensitivity and a high signal to noise ratio can be implemented.

Здесь объяснены преимущества оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения со ссылкой на Фиг. 11 - Фиг. 13. Как описано выше, оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения включает в себя светоэкранирующую пленку LS (см. Фиг. 5) для предотвращения падения света от задней подсветки на поверхность фотодиода D1 на стороне, противоположной стороне светоприемной поверхности, и потенциал светоэкранирующей пленки зафиксирован равным постоянному потенциалу VLS. Постоянный потенциал VLS удовлетворяет приведенному ниже соотношению с высокоуровневым потенциалом VRST.H сигнала сброса и пороговым напряжением Vth_p p-канала диода D1:Here, the advantages of the optical sensor according to this embodiment of the invention are explained with reference to FIG. 11 - FIG. 13. As described above, the optical sensor according to this embodiment of the invention includes a light shielding film LS (see FIG. 5) for preventing light from falling from the backlight on the surface of the photodiode D1 on the side opposite to the side of the light receiving surface, and the potential of the light shielding film is fixed equal to the constant potential V LS . The constant potential V LS satisfies the relation below with the high-level potential V RST.H of the reset signal and the threshold voltage V th_p of the p-channel of diode D1:

VLS≥VRST.H+Vth_p.V LS ≥V RST.H + V th_p .

За счет установления постоянного потенциала VLS светоэкранирующей пленки LS, таким образом, может быть улучшена линейность фотодиода D1 в диапазоне низких значений освещенности. Объяснение принципов этого приведено ниже.By establishing a constant potential V LS of the light shielding film LS, thus, the linearity of the photodiode D1 in the low light range can be improved. An explanation of the principles of this is given below.

На Фиг. 11 на схематичном виде в поперечном разрезе показан pin-диод, имеющий латеральную структуру. Как показано на Фиг. 11, в том случае, когда обеспечено наличие светоэкранирующей пленки LS в окрестности pin-диода, имеющего латеральную структуру, что имеет место в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения, паразитная емкость, созданная между диодом и этой светоэкранирующей пленкой LS, вызывает то, что диод функционирует как элемент с тремя выводами. В частности, светоэкранирующая пленка LS, p-слой и n-слой функционируют соответственно как затвор, анод и катод, и предполагают, что диод имеет три различных режима работы в зависимости от соотношения между потенциалом VLS затвора, то есть светоэкранирующей пленки LS, потенциалом VA анода и потенциалом VC катода.In FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a pin diode having a lateral structure. As shown in FIG. 11, in the case where a light-shielding film LS is provided in the vicinity of the pin diode having a lateral structure, which is the case in the optical sensor according to this embodiment, the stray capacitance created between the diode and this light-shielding film LS causes The diode functions as an element with three pins. In particular, the light-shielding film LS, the p-layer and the n-layer function respectively as a gate, anode and cathode, and it is assumed that the diode has three different modes of operation depending on the relationship between the gate potential V LS , that is, the light-shielding film LS, the potential V A anode and potential V C cathode.

На Фиг. 12A и Фиг. 12B изображены графики характеристики "зависимость Id от VLS", на которых показаны различия между тремя описанными выше режимами работы. Следует отметить, что Id представляет собой фототок диода. Следует отметить, что фототок представляет собой ток, генерируемый при падении света на диод в соответствии с количеством падающего света, и его также именуют фототоком. На Фиг. 12A изображен график, на котором показана зависимость между потенциалом VLS светоэкранирующей пленки LS и фототоком Id в том случае, когда потенциал VA анода равен -7 В, а потенциал VC катода равен 0 В. В примере, показанном на Фиг. 12A, характер поведения фототока Id в зависимости от потенциала VLS светоэкранирующей пленки LS меняется вблизи точки VLS=VC+Vth_p как точки разграничения. Здесь режим работы в интервале VLS≤VA+Vth_p именуют "режимом B", а режим работы в интервале VLS≥VA+Vth_p именуют "режимом A".In FIG. 12A and FIG. 12B are graphs of the characteristic “I d versus V LS ”, showing differences between the three modes of operation described above. It should be noted that I d is the photocurrent of the diode. It should be noted that the photocurrent is the current generated when light falls on the diode in accordance with the amount of incident light, and it is also called the photocurrent. In FIG. 12A is a graph showing the relationship between the potential V LS of the light shielding film LS and the photocurrent I d when the potential V A of the anode is −7 V and the potential V C of the cathode is 0 V. In the example shown in FIG. 12A, the behavior of the photocurrent I d depending on the potential V LS of the light-shielding film LS changes near the point V LS = V C + V th_p as the demarcation point. Here, the operation mode in the interval V LS ≤V A + V th_p is called "mode B", and the operation mode in the interval V LS ≥V A + V th_p is called "mode A".

Кроме того, на Фиг. 12B изображен график, на котором показана зависимость между потенциалом VLS светоэкранирующей пленки LS и фототоком Id в том случае, когда потенциал VA анода равен -7 В, а потенциал VC катода равен -3 В. В примере, показанном на Фиг. 12B, характер поведения фототока Id в зависимости от потенциала VLS светоэкранирующей пленки LS меняется вблизи точки VLS=VA+Vth_p как точки разграничения, а также характер поведения фототока Id в зависимости от потенциала VLS светоэкранирующей пленки LS меняется вблизи точки VLS=VC+Vth_n как точки разграничения. Здесь режим работы в интервале VLS≤VA+Vth_p именуют "режимом B", режим работы в интервале VA+Vth_p≤VLS≤VC+Vth_n именуют "режимом A", а режим работы в диапазоне VC+Vth_n≤VLS именуют "режимом C".In addition, in FIG. 12B is a graph showing the relationship between the potential V LS of the light shielding film LS and the photocurrent I d in the case where the potential V A of the anode is −7 V and the potential V C of the cathode is −3 V. In the example shown in FIG. 12B, the behavior of the photocurrent I d depending on the potential V LS of the light-shielding film LS changes near the point V LS = V A + V th_p as the demarcation point, as well as the behavior of the photocurrent I d depending on the potential V LS of the light-shielding film LS changes near the point V LS = V C + V th_n as demarcation points. Here, the operation mode in the range V LS ≤V A + V th_p is called “mode B”, the operation mode in the range V A + V th_p ≤V LS ≤V C + V th_n is called “mode A”, and the operation mode in the range V C + V th_n ≤V LS is called "mode C".

Из Фиг. 12A и Фиг. 12B ясно, что в режиме A может быть получено стабильно высокое значение фототока Id, и линейность фототока относительно освещенности является превосходной. Следовательно, в данном варианте осуществления изобретения диод D1 предпочтительно работает в режиме A. В частности, в случае VA+Vth_p≤VLS≤VC+Vth_n (режим A) предполагают, что обе границы i-слоя в диоде со стороны p-слоя и со стороны n-слоя находятся в состоянии, в котором свободные электроны и положительные дырки имеют тенденцию к миграции. Следовательно, в режиме A фотоэлектрический ток стремится беспрепятственно протекать через диод, и имеет место тенденция уменьшения темнового тока. Следовательно, получено превосходное отношение сигнал/шум, и улучшена линейность фототока относительно освещенности.From FIG. 12A and FIG. 12B it is clear that in mode A a stably high photocurrent I d can be obtained, and the linearity of the photocurrent with respect to illumination is excellent. Therefore, in this embodiment, the diode D1 preferably operates in mode A. In particular, in the case of V A + V th_p ≤V LS ≤V C + V th_n (mode A), both sides of the i-layer in the diode are assumed to be on the side The p-layer and on the n-layer side are in a state in which free electrons and positive holes tend to migrate. Therefore, in mode A, the photoelectric current tends to flow unhindered through the diode, and there is a tendency for the dark current to decrease. Therefore, an excellent signal to noise ratio is obtained, and the linearity of the photocurrent with respect to illumination is improved.

С другой стороны, в случае VLS≤VA+Vth_p (режим B) предполагают, что граница i-слоя в диоде со стороны n-слоя находится в состоянии, в котором свободные электроны и положительные дырки имеют тенденцию к миграции, тогда как на границе i-слоя в диоде со стороны p-слоя i-слой препятствует протеканию электрического тока. В отличие от этого, в случае VC+Vth_n≤VLS (режим C) предполагают, что граница i-слоя в диоде со стороны p-слоя находится в состоянии, в котором свободные электроны и положительные дырки имеют тенденцию к миграции, тогда как на его границе со стороны n-слоя i-слой препятствует протеканию электрического тока. Следовательно, в случаях режимов B и C фотоэлектрический ток не может беспрепятственно протекать через диод, и имеет место тенденция увеличения темнового тока. Следовательно, превосходное отношение сигнал/шум не может быть получено.On the other hand, in the case of V LS ≤V A + V th_p (mode B), it is assumed that the boundary of the i-layer in the diode from the side of the n-layer is in a state in which free electrons and positive holes tend to migrate, whereas at the boundary of the i-layer in the diode from the side of the p-layer, the i-layer prevents the flow of electric current. In contrast, in the case of V C + V th_n ≤V LS (mode C), it is assumed that the boundary of the i-layer in the diode on the p-layer side is in a state in which free electrons and positive holes tend to migrate, then as on its boundary from the side of the n-layer the i-layer prevents the flow of electric current. Therefore, in the cases of modes B and C, the photoelectric current cannot flow freely through the diode, and there is a tendency to increase the dark current. Therefore, an excellent signal to noise ratio cannot be obtained.

Здесь распределение режимов A, B и C может быть представлено соотношением между потенциалом VA анода и потенциалом VLS светоэкранирующей пленки LS, которое показано на Фиг. 13. На Фиг. 13 незаштрихованная область является областью режима A, область, заштрихованная линиями справа вниз по диагонали, является областью режима B, а область, заштрихованная линиями слева вниз по диагонали, является областью режима C. Как описано выше, область режима A может быть выражена следующим образом:Here, the distribution of the modes A, B and C can be represented by the relation between the potential V A of the anode and the potential V LS of the light shielding film LS, which is shown in FIG. 13. In FIG. 13, the unshaded region is a region of mode A, the region shaded by lines from the right downward diagonal is the region of mode B, and the region shaded by lines from the left downward diagonal is the region of mode C. As described above, the region of mode A can be expressed as follows:

VA+Vth_p≤VLS≤VC+Vth_n.V A + V th_p ≤V LS ≤V C + V th_n .

Область режима B может быть выражена следующим образом:The area of mode B can be expressed as follows:

VLS≤VA+Vth_p.V LS ≤V A + V th_p .

Область режима C может быть выражена следующим образом:The region of mode C can be expressed as follows:

VC+Vth_n≤VLS.V C + V th_n ≤V LS .

Среди точек T1, T2 и T3, показанных на Фиг. 13, T1 представляет собой координатную точку, отображающую VLS и VA в момент времени, в который уровень сигнала сброса, показанного на Фиг. 4, повышается до высокого уровня. Точка T2 соответствует моменту времени tRST, показанному на Фиг. 4 (то есть, моменту времени, когда уровень сигнала сброса переключают с высокого уровня на низкий уровень), а точка T3 соответствует моменту времени tRWS, показанному на Фиг. 4 (то есть моменту времени, когда уровень сигнала сброса переключают с низкого уровня на высокий уровень).Among points T1, T2, and T3 shown in FIG. 13, T1 is a coordinate point representing V LS and V A at a point in time at which the level of the reset signal shown in FIG. 4, rises to a high level. Point T2 corresponds to time point t RST shown in FIG. 4 (i.e., a point in time when the level of the reset signal is switched from a high level to a low level), and point T3 corresponds to a point in time t RWS shown in FIG. 4 (i.e., the point in time when the level of the reset signal is switched from a low level to a high level).

Здесь треугольник, образованный линиями, продолжающимися между точками T1 и T2, T2 и T3 и T3 и T1, предпочтительно находится в пределах области режима A. Следовательно, предпочтительно удовлетворяется приведенное ниже условие как необходимое условие, которое должно удовлетворяться для того, чтобы значение VLS в T1 не находилось в пределах области режима B, а находилось в пределах области режима A:Here, the triangle formed by lines extending between points T1 and T2, T2 and T3 and T3 and T1 is preferably within the region of mode A. Therefore, the following condition is preferably satisfied as a necessary condition that must be satisfied so that the value V LS in T1 was not within the scope of mode B, but was within the scope of mode A:

VLS≥VA+Vth_p. V LS ≥V A + V th_p.

Следует отметить, что потенциал VA анода в начале сброса равен высокоуровневому потенциалу VRST.H сигнала сброса, и, следовательно, вышеописанная формула может быть выражена следующим образом:It should be noted that the potential V A of the anode at the beginning of the reset is equal to the high-level potential V RST.H of the reset signal, and therefore, the above formula can be expressed as follows:

VLS≥VRST.H+Vth_p.V LS ≥V RST.H + V th_p .

Следует отметить, что значение VLS не изменяется в течение периода от T1 до T2. Когда сигнал сброса переключают на низкий уровень в момент времени TRST, показанный на Фиг. 4, то начинается период накопления (T2 на Фиг. 13). Затем до тех пор, пока уровень сигнала считывания не будет переключен на высокий уровень в момент времени tRWS, показанный на Фиг. 4 (T3 на Фиг. 13), фотоэлектрический ток, соответствующий количеству принятого света, течет непрерывно, и значение VLS увеличивается. После того как сигнал считывания переключен на высокий уровень в точке T3, значение VLS возвращается к исходному состоянию (T1).It should be noted that the VLS value does not change during the period from T1 to T2. When the reset signal is switched to a low level at time T RST shown in FIG. 4, the accumulation period begins (T2 in FIG. 13). Then, until the read signal level is switched to a high level at time t RWS shown in FIG. 4 (T3 in FIG. 13), the photoelectric current corresponding to the amount of received light flows continuously, and the value of V LS increases. After the read signal is switched to a high level at point T3, the value of V LS returns to its original state (T1).

Поскольку в данном варианте осуществления изобретения в качестве конденсатора C1 использован конденсатор переменной емкости, то флуктуации потенциала VC катода в течение периода накопления ослаблены по сравнению с тем случаем, в котором используется обычный конденсатор (не являющийся конденсатором переменной емкости). Следовательно, VLS не сильно увеличивается в течение периода накопления (от точки T2 до точки T3 на Фиг. 13), что позволяет добиться работы в области режима A.Since a variable capacitor is used as a capacitor C1 in this embodiment, fluctuations in the cathode potential V C during the accumulation period are weakened compared to the case in which a conventional capacitor (which is not a variable capacitor) is used. Therefore, V LS does not increase significantly during the accumulation period (from point T2 to point T3 in Fig. 13), which allows achieving work in the region of mode A.

Чтобы заставить диод D1 не работать в области режима C в точке T3, желательно, чтобы коэффициент AAC усиления конденсатора C1 удовлетворял соотношению, представленному следующим выражением:In order to make the diode D1 not work in the region of mode C at the point T3, it is desirable that the gain A AC of the capacitor C1 satisfy the relation represented by the following expression:

AAC≥VDD/(Vth_n-Vth_p),A AC ≥VDD / (V th_n -V th_p ),

где VDD - напряжение источника питания выходного транзистора M2. Если выполняется это соотношение, то можно добиться соответствия диапазона изменения потенциала VINT накопительного узла, выраженного как ΔVth=Vth_n-Vth_p, диапазону выходного напряжения от 0 В до VDD.where VDD is the voltage of the power source of the output transistor M2. If this relation is fulfilled, then it is possible to achieve the correspondence of the range of potential variation V INT of the storage node, expressed as ΔV th = V th_n - V th_p , to the range of the output voltage from 0 V to VDD.

Как описано выше, за счет установления значения потенциала VLS светоэкранирующей пленки равным постоянному потенциалу, при котором должно удовлетворяться условие VLS≥VRST.H+Vth_p, можно добиться работы фотодиода D1 в режиме A с момента начала сброса до, по меньшей мере, начальной стадии периода накопления. Если диод работает в режиме B близко к началу сброса, то заметно явление ухудшения линейности, в особенности, в области низкой освещенности, что показано на Фиг. 12A и Фиг. 12B. Однако, как здесь объяснено, за счет того, что добиваются работы диода в режиме A после начала сброса, величина выходного сигнала датчика с высоким отношением сигнал/шум и превосходной линейностью при изменении освещенности также может быть получена даже в течение периода после начала сброса на протяжении начальной стадии периода накопления.As described above, by setting the potential V LS of the light-shielding film equal to a constant potential at which the condition V LS ≥V RST.H + V th_p must be satisfied, it is possible to achieve the operation of the photodiode D1 in mode A from the moment the reset starts to at least , the initial stage of the accumulation period. If the diode is operating in mode B close to the start of the reset, a linearity deterioration is noticeable, especially in the low-light region, as shown in FIG. 12A and FIG. 12B. However, as explained here, due to the fact that the diode in mode A is achieved after the start of the reset, the value of the sensor output signal with a high signal-to-noise ratio and excellent linearity with changing illumination can also be obtained even during the period after the start of the reset during initial stage of the accumulation period.

Несмотря на то, что в наиболее предпочтительном варианте потенциал светоэкранирующей пленки LS установлен равным постоянному потенциалу VLS, который удовлетворяет условию VLS≥VRST.H+Vth_p, может быть достигнут эффект улучшения характеристик диода D1, даже если постоянный потенциал VLS имеет величину, удовлетворяющую условию VLS≥VRST.H. Кроме того, даже если постоянный потенциал VLS имеет величину, которая не удовлетворяет условию VLS≥VRST.H, может быть достигнут эффект улучшения характеристик диода D1 по сравнению с тем случаем, когда потенциал светоэкранирующей пленки LS является плавающим.Despite the fact that in the most preferred embodiment, the potential of the light-shielding film LS is set to a constant potential V LS , which satisfies the condition V LS ≥V RST.H + V th_p , the effect of improving the characteristics of the diode D1 can be achieved, even if the constant potential V LS has a quantity satisfying the condition V LS ≥V RST.H. In addition, even if the constant potential VLS has a value that does not satisfy the condition V LS ≥V RST.H , the effect of improving the characteristics of the diode D1 can be achieved compared to the case when the potential of the light-shielding film LS is floating.

Поскольку в данном варианте осуществления изобретения линии COLr, COLg и COLb истоков служат также и в качестве соответственно линий VDD, OUT и VSS, то для описанного выше оптического датчика необходимо отличать те моменты времени, когда сигналы данных об изображении для устройства отображения вводят через линии COLr, COLg и COLb истоков, с момента времени, когда производят считывание выходных сигналов с датчиков, что показано на Фиг. 14. В примере, показанном на Фиг. 14, выходной сигнал датчика считывают, используя период горизонтального гашения после окончания ввода данных об изображении для отображения в течение периода горизонтального сканирования.Since, in this embodiment, the source lines COLr, COLg, and COLb also serve as the VDD, OUT, and VSS lines, respectively, for the optical sensor described above, it is necessary to distinguish those times when the image data signals for the display device are input via the COLr lines , COLg and COLb of the sources, from the time when the output signals from the sensors are read, as shown in FIG. 14. In the example shown in FIG. 14, the sensor output is read using the horizontal blanking period after the end of the input of image data for display during the horizontal scanning period.

Как показано на Фиг. 1, драйвер 4 столбцов датчиков включает в себя схему 41 считывания пикселей, оснащенных датчиками, усилитель 42 столбцов датчиков и схему 43 сканирования столбцов датчиков. Со схемой 41 считывания пикселей, оснащенных датчиками, соединена линия SOUT (см. Фиг. 2) для вывода выходного сигнала VSOUT датчика из области 1 пикселей. На Фиг. 1 выходной сигнал датчика с линии SOUTj (j= от 1 до N) обозначен как VSOUTj. Схема 41 считывания пикселей, оснащенных датчиками, выводит зарегистрированное пиковое напряжение VSj выходного сигнала VSOUTj датчика в усилитель 42 столбцов датчиков. Усилитель 42 столбцов датчиков включает в себя N усилителей столбцов, которые соответствуют соответственно N столбцам оптических датчиков в области 1 пикселей. Усилитель 42 столбцов датчиков усиливает зарегистрированное пиковое напряжение VSj (j= от 1 до N) усилителем для каждого столбца, в силу чего его выводят как VCOUT в буферный усилитель 6. Схема 43 сканирования столбцов датчиков выводит сигнал CSj (j= от 1 до N) выбора столбца в усилитель 42 столбцов датчиков для последовательного подключения усилителей столбцов из усилителя 42 столбцов датчиков к выходному сигналу буферного усилителя 6.As shown in FIG. 1, the sensor column driver 4 includes a sensor reading circuit 41 equipped with sensors, a sensor column amplifier 42 and a sensor column scanning circuit 43. With the pixel reading circuit 41 equipped with sensors, a SOUT line is connected (see FIG. 2) for outputting the sensor output signal V SOUT from the pixel region 1. In FIG. 1 sensor output from line SOUTj (j = 1 to N) is denoted by V SOUTj . A sensor reading circuit 41 equipped with sensors outputs the detected peak voltage V Sj of the sensor output signal V SOUTj to the amplifier 42 of the sensor columns. The amplifier 42 columns of sensors includes N column amplifiers that correspond respectively to N columns of optical sensors in the region of 1 pixels. An amplifier 42 of the sensor columns amplifies the recorded peak voltage V Sj (j = 1 to N) with an amplifier for each column, whereby it is output as V COUT to the buffer amplifier 6. The sensor column scan circuit 43 outputs a signal CSj (j = 1 to N) selecting a column in the amplifier 42 sensor columns for sequentially connecting the column amplifiers from the amplifier 42 sensor columns to the output signal of the buffer amplifier 6.

Здесь ниже объяснено функционирование драйвера 4 столбцов датчиков и буферного усилителя 6 после считывания выходного сигнала VSOUT датчика из области 1 пикселей со ссылкой на Фиг. 15 и Фиг. 16. На Фиг. 15 изображена принципиальная электрическая схема, на которой проиллюстрирована внутренняя конфигурация схемы 41 считывания пикселей, оснащенных датчиками. На Фиг. 16 изображена временная диаграмма сигналов, на которой показана зависимость между сигналом VRWS считывания, выходным сигналом VSOUT датчика и выходным сигналом VS из схемы считывания пикселей, оснащенных датчиками. Как описано выше, когда уровень сигнала считывания повышается до высокого уровня VRWS.H, то транзистор M2 становится проводящим, в силу чего транзисторы M2 и M3 образуют усилитель на истоковом повторителе. Это позволяет накапливать выходной сигнал VSOUT датчика в конденсаторе CSAM для выборок, входящем в состав схемы 41 считывания пикселей, оснащенных датчиками. Следовательно, как показано на Фиг. 16, после того как уровень сигнал считывания падает до низкого уровня VRWS.L, выходное напряжение VS из схемы 41 считывания пикселей, оснащенных датчиками, подаваемое в усилитель 42 столбцов датчиков, сохраняется на уровне, равном максимальному значению выходного сигнала VSOUT датчика в течение некоторого периода (trow) во время выбора соответствующей строки.Hereinafter, the operation of the sensor column driver 4 and the buffer amplifier 6 after reading the sensor output signal V SOUT from the pixel region 1 with reference to FIG. 15 and FIG. 16. In FIG. 15 is a circuit diagram illustrating an internal configuration of pixel sensing circuits 41 equipped with sensors. In FIG. 16 is a signal timing chart showing the relationship between the read signal V RWS , the output signal V SOUT of the sensor and the output signal V S from the pixel read circuit equipped with sensors. As described above, when the read signal level rises to a high level V RWS.H , the transistor M2 becomes conductive, whereby the transistors M2 and M3 form an amplifier on the source follower. This makes it possible to store the output signal V SOUT of the sensor in the capacitor C SAM for the samples included in the pixel reading circuit 41 equipped with sensors. Therefore, as shown in FIG. 16, after the level of the read signal drops to a low level V RWS.L , the output voltage V S from the sensor reading circuit 41 equipped with sensors supplied to the sensor column amplifier 42 is maintained at a level equal to the maximum value of the sensor output signal V SOUT in during a certain period (t row ) during the selection of the corresponding row.

Ниже приведено объяснение функционирования усилителя 42 столбцов датчиков со ссылкой на Фиг. 17. Как показано на Фиг. 17, соответствующие выходные напряжения VSj (j= от 1 до N) столбцов вводят из схемы 41 считывания пикселей, оснащенных датчиками, в N усилителей столбцов, входящих в состав усилителя 42 столбцов датчиков. Как показано на Фиг. 17, каждый усилитель столбца составлен из транзисторов M6 и M7. Сигналы CSj выбора столбца, сгенерированные схемой 43 сканирования столбцов датчиков, становятся последовательно включенными (ON) относительно соответственно N столбцов в течение периода выбора (trow) для одной строки, в результате чего включается транзистор M6 соответствующего одного из N усилителей столбцов в усилителе 42 столбцов датчиков. Затем выводят только соответствующее одно из выходных напряжений VSj (j= от 1 до N) столбцов через соответствующий транзистор M6 в качестве выходного сигнала VCOUT из усилителя 42 столбцов датчиков. Буферный усилитель 6 дополнительно усиливает сигнал VCOUT, выведенный из усилителя 42 столбцов датчиков, и выводит его в качестве выходного сигнала VOUT панели (сигнала оптического датчика) в схему 8 обработки сигналов.The following is an explanation of the operation of the sensor column amplifier 42 with reference to FIG. 17. As shown in FIG. 17, the corresponding output voltages V Sj (j = 1 to N) of the columns are introduced from the pixel sensing circuit 41 equipped with sensors into N column amplifiers included in the amplifier 42 of the sensor columns. As shown in FIG. 17, each column amplifier is composed of transistors M6 and M7. The column selection signals C Sj generated by the sensor column scanning circuit 43 become ON (respectively) with respect to N columns during the selection period (trow) for one row, as a result of which the transistor M6 of the corresponding one of the N column amplifiers in the 42 column amplifier is turned on sensors. Then, only the corresponding one of the output voltages V Sj (j = 1 to N) of the columns is output through the corresponding transistor M6 as the output signal V COUT from the amplifier 42 of the sensor columns. The buffer amplifier 6 further amplifies the V COUT signal output from the amplifier 42 of the sensor columns and outputs it as an output signal of the V OUT panel (optical sensor signal) to the signal processing circuit 8.

Следует отметить, что схема 43 сканирования столбцов датчиков может сканировать столбцы оптического датчика один за другим, как описано выше, но конфигурация не ограничена этим вариантом. Схема 43 сканирования столбцов датчиков может иметь конфигурацию для выполнения чересстрочного сканирования столбцов оптических датчиков. В альтернативном варианте схема 43 сканирования столбцов датчиков может быть сформирована как сканирующая схема многофазной адресации, например четырехфазной адресации.It should be noted that the sensor column scanning circuit 43 may scan the optical sensor columns one by one, as described above, but the configuration is not limited to this option. The sensor column scan circuit 43 may be configured to interlace the columns of the optical sensors. Alternatively, the sensor column scan circuit 43 may be formed as a multi-phase addressing scan circuit, such as four-phase addressing.

В описанной выше конфигурации устройство отображения согласно данному варианту осуществления изобретения получает выходной сигнал VOUT панели в соответствии с количеством света, принятого фотодиодом D1, сформированным в каждом пикселе в области 1 пикселей. Выходной сигнал VOUT панели передают в схему 8 обработки сигналов, подвергают в ней аналого-цифровому преобразованию и накапливают в запоминающем устройстве (не показано) в качестве данных, выведенных из панели. Это означает, что в этом запоминающем устройстве накапливают то же самое количество наборов данных, выведенных из панели, что и количество пикселей (количество оптических датчиков) в области 1 пикселей. Схема 8 обработки сигналов выполняет операции обработки сигналов различных типов, например, захват изображения и обнаружение области, к которой прикоснулись, с использованием данных, выведенных из панели, которые накоплены в запоминающем устройстве. Следует отметить, что в данном варианте осуществления изобретения в запоминающем устройстве схемы 8 обработки сигналов накапливают то же самое количество наборов данных, выведенных из панели, что и количество пикселей (количество оптических датчиков) в области 1 пикселей, но с учетом ограничений, таких как, например, емкость запоминающего устройства, количество накопленных в нем наборов данных, выведенных из панели, не обязательно является тем же самым, что и количество пикселей.In the above configuration, the display device according to this embodiment of the invention receives the output signal V OUT of the panel in accordance with the amount of light received by the photodiode D1 generated in each pixel in the pixel region 1. The output signal V OUT of the panel is transmitted to a signal processing circuit 8, subjected thereto to analog-to-digital conversion, and stored in a storage device (not shown) as data output from the panel. This means that the same number of data sets output from the panel are accumulated in this storage device as the number of pixels (the number of optical sensors) in the region of 1 pixels. The signal processing circuit 8 performs various types of signal processing operations, for example, capturing an image and detecting the area that has been touched, using the data output from the panel that is stored in the storage device. It should be noted that in this embodiment of the invention, in the storage device of the signal processing circuit 8, the same number of data sets output from the panel are accumulated as the number of pixels (the number of optical sensors) in the region of 1 pixels, but subject to limitations, such as, for example, the capacity of the storage device, the number of data sets stored therein output from the panel is not necessarily the same as the number of pixels.

Поскольку широкий участок 111 линии RWS служит также в качестве электрода затвора конденсатора C1, то конфигурация согласно первому варианту осуществления изобретения имеет преимущества, состоящие в том, что количество контактов (контактов 118, 119, показанных на Фиг. 24 применительно к описанию третьего варианта осуществления изобретения) является меньшим, в силу чего размер схемы оптического датчика может быть уменьшен по сравнению с третьим вариантом осуществления изобретения, описание которого приведено ниже. Кроме того, в конфигурации согласно первому варианту осуществления изобретения широкий участок 111 линии RWS расположен так, что экранирует накопительный узел INT от линии COL истоков. Следовательно, эта конфигурация имеет преимущество, состоящее в ослаблении шумовых помех в накопительном узле INT от линии COL истоков по сравнению с конфигурацией, в которой линия COL истоков расположена в слое над накопительным узлом INT, что имеет место, например, в конфигурации из третьего варианта осуществления изобретения, описание которой приведено ниже.Since the wide portion 111 of the RWS line also serves as the gate electrode of the capacitor C1, the configuration according to the first embodiment of the invention has the advantage that the number of contacts (contacts 118, 119 shown in Fig. 24 with reference to the description of the third embodiment of the invention ) is smaller, whereby the size of the optical sensor circuit can be reduced in comparison with the third embodiment of the invention described below. Furthermore, in the configuration according to the first embodiment of the invention, the wide portion 111 of the RWS line is positioned so as to shield the storage node INT from the source line COL. Therefore, this configuration has the advantage of attenuating noise interference in the storage node INT from the source line COL compared to the configuration in which the source line COL is located in the layer above the storage node INT, which is, for example, in the configuration of the third embodiment inventions described below.

[Второй вариант осуществления изобретения][Second embodiment of the invention]

Ниже приведено объяснение второго варианта осуществления настоящего изобретения. Элементы, имеющие те же самые функции, что и элементы из первого варианта осуществления изобретения, объяснение которого приведено выше, обозначены теми же самыми номерами позиций, что и соответствующие элементы в первом варианте осуществления изобретения, и их подробные объяснения опущены.The following is an explanation of a second embodiment of the present invention. Elements having the same functions as elements from the first embodiment of the invention, the explanation of which is given above, are denoted by the same reference numbers as the corresponding elements in the first embodiment of the invention, and their detailed explanations are omitted.

На Фиг. 18 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 19 изображена временная диаграмма сигналов, на которой показаны сигнал сброса и сигнал считывания, подаваемые в оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 20 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 21 на виде в увеличенном масштабе изображена та область, где сформирован конденсатор C1. На Фиг. 22 на схематичном виде в поперечном разрезе показана схема соединений соответствующих областей в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения.In FIG. 18 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 19 is a signal timing chart showing a reset signal and a read signal supplied to an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 20 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 21 is an enlarged view of the region where the capacitor C1 is formed. In FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing a connection diagram of respective regions in an optical sensor according to this embodiment of the invention.

Как показано на Фиг. 18, оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения отличается от оптического датчика из первого варианта осуществления изобретения тем, что конденсатором C1 является n-канальный MOS-конденсатор. Кроме того, диод D1 подключен в обратном направлении по сравнению с первым вариантом осуществления изобретения. В частности, катод диода D1 соединен с линией RST, а его анод соединен с накопительным узлом INT. Более того, транзистором M2 для считывания является p-канальный TFT. Помимо этого, как показано на Фиг. 19, предполагают, что высокие уровни и низкие уровни потенциалов сигнала сброса и сигнала считывания являются обратными по сравнению с первым вариантом осуществления изобретения.As shown in FIG. 18, the optical sensor according to this embodiment of the invention differs from the optical sensor of the first embodiment in that the capacitor C1 is an n-channel MOS capacitor. In addition, the diode D1 is connected in the opposite direction compared to the first embodiment of the invention. In particular, the cathode of the diode D1 is connected to the RST line, and its anode is connected to the storage node INT. Moreover, the readout transistor M2 is a p-channel TFT. In addition, as shown in FIG. 19, it is assumed that high levels and low potentials of the reset signal and the read signal are inverse compared with the first embodiment of the invention.

Как показано на Фиг. 20, диод D1 представляет собой pin-диод с латеральной структурой, в котором на кремниевой пленке, служащей в качестве основы, последовательно сформированы область 102p полупроводника p-типа, область 102i собственного полупроводника и область 102n полупроводника n-типа, как и в первом варианте осуществления изобретения. Однако область 102n полупроводника n-типа (катод) соединена с линией RST через линию 108 и контакты 109 и 110. Область 102p полупроводника p-типа (анод) соединена с электродом 101 затвора транзистора M2 через продленный участок 107 кремниевой пленки, контакты 105 и 106 и линию 104.As shown in FIG. 20, the diode D1 is a laterally-structured pin diode in which a p-type semiconductor region 102p, an intrinsic semiconductor region 102i, and an n-type semiconductor region 102n are sequentially formed on the silicon film serving as the base, as in the first embodiment the implementation of the invention. However, the n-type semiconductor region 102n (cathode) is connected to the RST line via line 108 and contacts 109 and 110. The p-type semiconductor region 102p (anode) is connected to the gate electrode 101 of transistor M2 through an extended portion of silicon film 107, contacts 105 and 106 and line 104.

Как показано на Фиг. 21 и Фиг. 22, конденсатор C1 сформирован посредством широкого участка 111, сформированного в линии RWS, продленного участка 107 кремниевой пленки и изоляционной пленки (не показана), обеспеченной между широким участком 111 и продленным участком 107. Другими словами, широкий участок 111, имеющий тот же самый потенциал, что и линия RWS, функционирует в качестве электрода затвора конденсатора C1. В данном варианте осуществления изобретения область 112, показанная на Фиг. 21, представляет собой область n+, сформированную путем легирования кремниевой пленки n-типа примесью n-типа, например фосфором. Когда выполнено легирование примесью n-типа, то широкий участок 111 функционирует в качестве маски. Следовательно, как показано на Фиг. 22, продленный участок 107 становится областью n+, а участок кремниевой пленки под широким участком 111 образует область n-.As shown in FIG. 21 and FIG. 22, the capacitor C1 is formed by a wide portion 111 formed in the RWS line, an extended portion of the silicon film 107 and an insulating film (not shown) provided between the wide portion 111 and the extended portion 107. In other words, the wide portion 111 having the same potential as the RWS line, functions as the gate electrode of capacitor C1. In this embodiment, the region 112 shown in FIG. 21 is an n + region formed by doping an n-type silicon film with an n-type impurity, such as phosphorus. When doping with an n-type impurity is performed, the wide portion 111 functions as a mask. Therefore, as shown in FIG. 22, the extended portion 107 becomes the n + region, and the silicon film portion below the wide portion 111 forms the n– region.

В оптическом датчике данного варианта осуществления изобретения, имеющем описанную выше конфигурацию, соотношение между потенциалами является обратным по сравнению с первым вариантом осуществления изобретения. Следовательно, изменение потенциала накопительного узла INT в течение периода интегрирования и периода считывания предполагает наличие состояния, полученного путем обращения состояния, показанного на Фиг. 9 по вертикали в сочетании с описанием первого варианта осуществления изобретения. Следовательно, в оптическом датчике данного варианта осуществления изобретения разность потенциалов накопительного узла вследствие разности освещенности светоприемной поверхности после усиления также является большей, чем эта разность в конце периода интегрирования. Например, разность между потенциалом накопительного узла после усиления в течение периода считывания в случае темного состояния и потенциалом накопительного узла после усиления в течение периода считывания в том случае, когда падает свет на уровне насыщения, является большей, чем разность между потенциалом накопительного узла в конце периода накопления в случае темного состояния и потенциалом накопительного узла в конце периода накопления в том случае, когда падает свет на уровне насыщения. В результате может быть реализован оптический датчик, имеющий высокую чувствительность и высокое отношение сигнал/шум.In the optical sensor of this embodiment of the invention having the configuration described above, the potential relationship is inverse compared with the first embodiment of the invention. Therefore, a change in the potential of the accumulation unit INT during the integration period and the reading period assumes the presence of a state obtained by reversing the state shown in FIG. 9 vertically in combination with a description of a first embodiment of the invention. Therefore, in the optical sensor of this embodiment, the potential difference of the storage unit due to the difference in illumination of the light receiving surface after amplification is also greater than this difference at the end of the integration period. For example, the difference between the potential of the storage node after amplification during the reading period in the case of a dark state and the potential of the storage node after amplification during the reading period when light falls at the saturation level is larger than the difference between the potential of the storage node at the end of the period accumulation in the case of a dark state and the potential of the storage node at the end of the accumulation period in the case when light is incident at the saturation level. As a result, an optical sensor having a high sensitivity and a high signal to noise ratio can be implemented.

Помимо этого, посредством оптического датчика данного варианта осуществления изобретения также может быть получен выходной сигнал оптического датчика, имеющий превосходную линейность при изменении освещенности, как и в первом варианте осуществления изобретения, за счет фиксации потенциала светоэкранирующей пленки LS диода D1 равным постоянному потенциалу VLS и за счет установления значения постоянного потенциала VLS, удовлетворяющего следующему условию:In addition, through the optical sensor of this embodiment, the output of the optical sensor can also be obtained having excellent linearity when the illumination changes, as in the first embodiment of the invention, by fixing the potential of the light-shielding film LS of diode D1 equal to the constant potential V LS and the account of establishing the value of the constant potential V LS satisfying the following condition:

VLS≥VRST.H V LS ≥V RST.H

или предпочтительноor preferably

VLS≥VRST.H+Vth_p.V LS ≥V RST.H + V th_p .

[Третий вариант осуществления изобретения][Third Embodiment]

Ниже приведено объяснение третьего варианта осуществления настоящего изобретения. Элементы, имеющие те же самые функции, что и элементы из объясненных выше вариантов осуществления изобретения, обозначены теми же самыми номерами позиций, что и соответствующие элементы в описанных выше вариантах осуществления изобретения, и их подробные объяснения опущены.The following is an explanation of a third embodiment of the present invention. Elements having the same functions as elements from the above-described embodiments of the invention are denoted by the same reference numbers as the corresponding elements in the above-described embodiments of the invention, and detailed explanations thereof are omitted.

На Фиг. 23 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 24 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 25 на виде в увеличенном масштабе изображена та область, в которой сформирован конденсатор C1. На Фиг. 26 на схематичном виде в поперечном разрезе показана схема соединений соответствующих областей в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения.In FIG. 23 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 24 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 25, an enlarged view shows the region in which the capacitor C1 is formed. In FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing a connection diagram of respective regions in an optical sensor according to this embodiment of the invention.

Как показано на Фиг. 23, эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения является идентичной эквивалентной электрической схеме оптического датчика из первого варианта осуществления изобретения. Однако конфигурация конденсатора 1 и т.д., показанная на Фиг. 24 - Фиг. 26, является иной.As shown in FIG. 23, the equivalent electrical circuit of the optical sensor according to this embodiment is identical to the equivalent electrical circuit of the optical sensor of the first embodiment. However, the configuration of the capacitor 1, etc. shown in FIG. 24 - FIG. 26 is different.

Как показано на Фиг. 24, в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения линия от электрода 101 затвора транзистора M2 продолжена над областью 102n полупроводника n-типа диода D1 и соединена с областью 102n полупроводника n-типа посредством контактов 115 и 116. Линия от электрода 101 затвора транзистора M2 также продолжена до верхнего слоя конденсатора C1 и функционирует в качестве электрода 121 затвора конденсатора C1.As shown in FIG. 24, in the optical sensor according to this embodiment, the line from the gate electrode 101 of the transistor M2 is extended over the n-type semiconductor region 102n of the diode D1 and connected to the n-type semiconductor region 102n by the contacts 115 and 116. The line from the gate electrode 101 of the transistor M2 also extended to the upper layer of capacitor C1 and functions as gate electrode 121 of capacitor C1.

Как показано на Фиг. 25 и Фиг. 26, конденсатор C1 сформирован посредством электрода 121 затвора, кремниевой пленки 117 и изоляционной пленки (не показана) между электродом 121 затвора и кремниевой пленкой 117. Электрод 121 затвора имеет тот же самый потенциал (VINT), что и потенциал накопительного узла INT. В данном варианте осуществления изобретения область 112, показанная на Фиг. 25, представляет собой область n+, сформированную путем легирования кремниевой пленки n-типа примесью n-типа, например фосфором. Когда выполнено легирование примесью n-типа, то электрод 121 затвора функционирует в качестве маски. Следовательно, как показано на Фиг. 26, участок кремниевой пленки под электродом 121 затвора образует область n-типа.As shown in FIG. 25 and FIG. 26, a capacitor C1 is formed by a gate electrode 121, a silicon film 117 and an insulating film (not shown) between the gate electrode 121 and the silicon film 117. The gate electrode 121 has the same potential (V INT ) as the potential of the storage unit INT. In this embodiment, the region 112 shown in FIG. 25 is an n + region formed by doping an n-type silicon film with an n-type impurity, such as phosphorus. When doping with an n-type impurity is performed, the gate electrode 121 functions as a mask. Therefore, as shown in FIG. 26, the portion of the silicon film under the gate electrode 121 forms an n-type region.

Оптический датчик данного варианта осуществления изобретения управляется сигналом сброса и сигналом считывания, которые показаны на Фиг. 4 в сочетании с описанием первого варианта осуществления изобретения, причем изменение потенциала накопительного узла INT в течение периода интегрирования и периода считывания показано на Фиг. 9 в сочетании с описанием первого варианта осуществления изобретения. Следовательно, в оптическом датчике данного варианта осуществления изобретения разность потенциалов накопительного узла вследствие разности освещенности светоприемной поверхности после усиления также является большей, чем эта разность в конце периода интегрирования. Например, разность между потенциалом накопительного узла после усиления в течение периода считывания в случае темного состояния и потенциалом накопительного узла после усиления в течение периода считывания в том случае, когда падает свет на уровне насыщения, является большей, чем разность между потенциалом накопительного узла в конце периода накопления в случае темного состояния и потенциалом накопительного узла в конце периода накопления в том случае, когда падает свет на уровне насыщения. В результате может быть реализован оптический датчик, имеющий высокую чувствительность и высокое отношение сигнал/шум.The optical sensor of this embodiment is controlled by a reset signal and a read signal, which are shown in FIG. 4 in conjunction with the description of the first embodiment of the invention, wherein the potential change of the storage unit INT during the integration period and the reading period is shown in FIG. 9 in conjunction with the description of the first embodiment of the invention. Therefore, in the optical sensor of this embodiment, the potential difference of the storage unit due to the difference in illumination of the light receiving surface after amplification is also greater than this difference at the end of the integration period. For example, the difference between the potential of the storage node after amplification during the reading period in the case of a dark state and the potential of the storage node after amplification during the reading period when light falls at the saturation level is larger than the difference between the potential of the storage node at the end of the period accumulation in the case of a dark state and the potential of the storage node at the end of the accumulation period in the case when light is incident at the saturation level. As a result, an optical sensor having a high sensitivity and a high signal to noise ratio can be implemented.

Помимо этого, посредством оптического датчика данного варианта осуществления изобретения также может быть получен выходной сигнал оптического датчика, имеющий превосходную линейность при изменении освещенности, как и в первом варианте осуществления изобретения, за счет фиксации потенциала светоэкранирующей пленки LS диода D1 равным постоянному потенциалу VLS и за счет установления значения постоянного потенциала VLS, удовлетворяющего следующему условию:In addition, through the optical sensor of this embodiment, the output of the optical sensor can also be obtained having excellent linearity when the illumination changes, as in the first embodiment of the invention, by fixing the potential of the light-shielding film LS of diode D1 equal to the constant potential V LS and the account of establishing the value of the constant potential V LS satisfying the following condition:

VLS≥VRST.H V LS ≥V RST.H

или предпочтительноor preferably

VLS≥VRST.H+Vth_p.V LS ≥V RST.H + V th_p .

[Четвертый вариант осуществления изобретения][Fourth Embodiment]

Ниже приведено объяснение четвертого варианта осуществления настоящего изобретения. Элементы, имеющие те же самые функции, что и элементы из объясненных выше вариантов осуществления изобретения, обозначены теми же самыми номерами позиций, что и соответствующие элементы в описанных выше вариантах осуществления изобретения, и их подробные объяснения опущены.The following is an explanation of a fourth embodiment of the present invention. Elements having the same functions as elements from the above-described embodiments of the invention are denoted by the same reference numbers as the corresponding elements in the above-described embodiments of the invention, and detailed explanations thereof are omitted.

На Фиг. 27 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 28 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 29 на виде в увеличенном масштабе изображена та область, где сформирован усилительный элемент (p-канальный TFT). На Фиг. 30 на схематичном виде в поперечном разрезе показана схема соединений соответствующих областей в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 31 изображена эквивалентная электрическая схема p-канального TFT оптического датчика, служащего в качестве усилительного элемента.In FIG. 27 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 28 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 29, an enlarged view shows the region where the amplification element (p-channel TFT) is formed. In FIG. 30 is a schematic cross-sectional view showing a connection diagram of respective regions in an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 31 is an equivalent circuit diagram of a p-channel TFT optical sensor serving as an amplifying element.

В оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения, который показан на Фиг. 27 - Фиг. 31, в качестве усилительного элемента использован p-канальный TFT (транзистор M4) вместо конденсатора C1 переменной емкости, использованного в описанных выше вариантах осуществления изобретения с первого по третий. Следует отметить, что управляющие сигналы и функционирование оптического датчика данного варианта осуществления изобретения, в котором в качестве усилительного элемента использован транзистор M4, являются идентичными управляющим сигналам и функционированию в первом варианте осуществления изобретения, объясненном выше со ссылкой на Фиг. 4 - Фиг. 9. Следовательно, при наличии оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения потенциал VINT накопительного узла также может быть считан в состоянии с усилением.In the optical sensor according to this embodiment of the invention, which is shown in FIG. 27 - FIG. 31, a p-channel TFT (transistor M4) is used as an amplifier element in place of the variable capacitor C1 used in the first to third embodiments of the invention described above. It should be noted that the control signals and the operation of the optical sensor of this embodiment, in which the transistor M4 is used as an amplifying element, are identical to the control signals and operation in the first embodiment of the invention explained above with reference to FIG. 4 - FIG. 9. Therefore, in the presence of an optical sensor according to this embodiment, the potential V INT of the storage unit can also be read in the amplified state.

Кроме того, как показано на Фиг. 28 и Фиг. 29, оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения отличается от первого варианта осуществления изобретения тем, что широкий участок 111 линии RWS продолжен до такого местоположения, что полностью пересекает линию 107 в направлении по ширине. В этой конфигурации оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения имеет преимущество, состоящее в наличии более короткой длины границы, чем длина границы в оптическом датчике согласно первому варианту осуществления изобретения.In addition, as shown in FIG. 28 and FIG. 29, the optical sensor according to this embodiment of the invention differs from the first embodiment of the invention in that the wide portion 111 of the RWS line is extended to such a location that it completely crosses the line 107 in the width direction. In this configuration, the optical sensor according to this embodiment has the advantage of having a shorter boundary length than the boundary length in the optical sensor according to the first embodiment.

Ниже приведено объяснение термина "длина границы". Длина границы означает длину границы между усилительным элементом и накопительным узлом INT. Например, в первом варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг. 6 и Фиг. 7, конденсатор C1 сформирован посредством участка, где продленный участок 107 кремниевой пленки и широкий участок 111 линии RWS наложены друг на друга. Следовательно, в первом варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг. 7, линией границы между усилительным элементом и накопительным узлом INT является участок, где внешний край широкого участка 111 линии RWS перекрывает продленный участок 107 кремниевой пленки, который обозначен жирной линией B. Другими словами, в первом варианте осуществления изобретения длина границы равна сумме длины LCAP и 2×WCAP, как показано на Фиг. 7. Поскольку, как показано на Фиг. 29, в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения участок, где широкий участок 111 линии RWS перекрывает продленный участок 107 кремниевой пленки, функционирует в качестве усилительного элемента, то длина границы равна удвоенной ширине WTFT этого усилительного элемента (то есть ширине продленного участка 107).The following is an explanation of the term “border length”. Boundary length means the length of the boundary between the amplifier element and the storage node INT. For example, in the first embodiment shown in FIG. 6 and FIG. 7, the capacitor C1 is formed by a portion where the extended portion of the silicon film 107 and the wide portion 111 of the RWS line are superposed. Therefore, in the first embodiment shown in FIG. 7, the boundary line between the amplifying element and the storage unit INT is the portion where the outer edge of the wide portion 111 of the RWS line overlaps the extended portion 107 of the silicon film, which is indicated by bold line B. In other words, in the first embodiment, the length of the boundary is the sum of the length L CAP and 2 × W CAP , as shown in FIG. 7. Because, as shown in FIG. 29, in the optical sensor according to this embodiment, the portion where the wide portion 111 of the RWS line overlaps the extended portion 107 of the silicon film functions as a reinforcing element, then the border length is equal to twice the width W TFT of this reinforcing element (i.e. the width of the extended portion 107) .

В первом варианте осуществления изобретения для того, чтобы уменьшить длину границы, необходимо уменьшить длину LCAP, поскольку если емкость конденсатора C1 увеличивается, то площадь размещения конденсатора C1 прекращает увеличиваться. Однако в четвертом варианте осуществления изобретения длина границы равна ширине WTFT продленного участка 107 кремниевой пленки. Следовательно, длина границы может быть уменьшена без увеличения площади размещения.In the first embodiment of the invention, in order to reduce the length of the boundary, it is necessary to reduce the length L CAP , because if the capacitance of the capacitor C1 increases, then the area of the capacitor C1 stops increasing. However, in the fourth embodiment, the length of the boundary is equal to the width W TFT of the extended portion 107 of the silicon film. Therefore, the length of the border can be reduced without increasing the area of placement.

Причина того, почему более короткая длина границы является предпочтительной, объяснена ниже со ссылкой на Фиг. 9 и Фиг. 32. Как объяснено в описании первого варианта осуществления изобретения со ссылкой на Фиг. 9, пороговым напряжением Voff является напряжение определенного уровня, через который уровень сигнала считывания, поданного с линии RWS, повышается с низкоуровневого потенциала VRWS.L до высокоуровневого потенциала VRWS.H. При этом после того как сигнал считывания с линии RWS достигает порогового напряжения Voff в момент времени t1, потенциал VINT накопительного узла предпочтительно является постоянным до момента времени tS выборки. Однако, как показано на Фиг. 32, в течение периода с момента времени t1 до момента времени t2, пока повышается уровень сигнала считывания, потенциал VINT накопительного узла непрерывно повышается вследствие паразитной емкости между усилительным элементом и накопительным узлом. Также в течение периода с момента времени t2, когда потенциал сигнала считывания достигает высокоуровневого потенциала VRWS.H, до момента времени tS выборки потенциал VINT накопительного узла непрерывно повышается вследствие тока утечки. Таким образом, такое повышение потенциала VINT накопительного узла после момента времени t1 не является предпочтительным, поскольку эффект усиления потенциала ослабляется. Для ослабления повышения потенциала VINT вследствие паразитной емкости и тока утечки после момента времени t1 длина границы усилительного элемента предпочтительно является короткой.The reason why a shorter border length is preferred is explained below with reference to FIG. 9 and FIG. 32. As explained in the description of the first embodiment of the invention with reference to FIG. 9, the threshold voltage V off is a voltage of a certain level through which the level of the read signal supplied from the RWS line rises from the low level potential V RWS.L to the high level potential V RWS.H. Moreover, after the read signal from the RWS line reaches the threshold voltage V off at time t 1 , the potential V INT of the storage node is preferably constant until the sampling time t S. However, as shown in FIG. 32, during the period from time t 1 to time t 2 , while the level of the read signal rises, the potential V INT of the storage node continuously increases due to stray capacitance between the amplifying element and the storage node. Also, during the period from the time point t 2 , when the potential of the read signal reaches the high-level potential V RWS.H , up to the time point t S, the potential V INT of the storage unit continuously increases due to the leakage current. Thus, such an increase in potential V INT of the storage node after time t 1 is not preferable, since the effect of amplification of the potential is weakened. To attenuate the increase in potential V INT due to stray capacitance and leakage current after time t 1, the length of the boundary of the amplifier element is preferably short.

Следовательно, оптический датчик согласно четвертому варианту осуществления изобретения, который отличается более короткой длиной границы усилительного элемента, способен ослаблять повышение потенциала VINT вследствие паразитной емкости и тока утечки после момента времени t1. Таким образом, оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения является более предпочтительным, чем оптический датчик согласно первому варианту осуществления изобретения.Therefore, the optical sensor according to the fourth embodiment of the invention, which has a shorter boundary length of the amplifying element, is capable of attenuating the increase in potential V INT due to stray capacitance and leakage current after time t 1 . Thus, the optical sensor according to this embodiment is more preferable than the optical sensor according to the first embodiment.

Кроме того, в качестве видоизмененного варианта оптического датчика согласно четвертому варианту осуществления изобретения, который приведен в качестве примера, может быть обеспечена конфигурация, в которой усилительный элемент имеет достаточную полезную площадь, и длина WTFT границы уменьшена в еще большей степени за счет сужения продленного участка 107 кремниевой пленки по ширине и за счет создания широкого участка 107a в продленном участке 107 для того, чтобы усилительный элемент имел достаточную ширину WCAP, как показано на Фиг. 33 и Фиг. 34. В этом случае эквивалентная электрическая схема p-канального TFT, служащего в качестве усилительного элемента, показана на Фиг. 35. Согласно конфигурации этого видоизмененного варианта, приведенного в качестве примера, длина границы может быть уменьшена в еще большей степени по сравнению с конфигурацией, показанной на Фиг. 27 - Фиг. 31. Следовательно, повышение потенциала VINT вследствие паразитной емкости и тока утечки после момента времени t1 может быть ослаблено в еще большей степени. Следовательно, может быть реализован оптический датчик, имеющий еще больший динамический диапазон.In addition, as a modified version of the optical sensor according to the fourth embodiment, which is given as an example, a configuration can be provided in which the reinforcing element has a sufficient usable area and the length of the TFT boundary is reduced even further by narrowing the extended portion 107 of the silicon film in width and by creating a wide portion 107a in the extended portion 107 so that the reinforcing element has a sufficient width W CAP , as shown in FIG. 33 and FIG. 34. In this case, an equivalent circuitry of a p-channel TFT serving as an amplifier element is shown in FIG. 35. According to the configuration of this modified embodiment, given as an example, the length of the border can be reduced even more compared to the configuration shown in FIG. 27 - FIG. 31. Therefore, the increase in potential V INT due to stray capacitance and leakage current after time t 1 can be weakened even more. Therefore, an optical sensor having an even greater dynamic range can be implemented.

Помимо этого, посредством оптического датчика данного варианта осуществления изобретения также может быть получен выходной сигнал оптического датчика, имеющий превосходную линейность при изменении освещенности, как и в первом варианте осуществления изобретения, за счет фиксации потенциала светоэкранирующей пленки LS диода D1 равным постоянному потенциалу VLS и за счет установления значения постоянного потенциала VLS, удовлетворяющего следующему условию:In addition, through the optical sensor of this embodiment, the output of the optical sensor can also be obtained having excellent linearity when the illumination changes, as in the first embodiment of the invention, by fixing the potential of the light-shielding film LS of diode D1 equal to the constant potential V LS and the account of establishing the value of the constant potential V LS satisfying the following condition:

VLS≥VRST.H V LS ≥V RST.H

или предпочтительноor preferably

VLS≥VRST.H+Vth_p.V LS ≥V RST.H + V th_p .

[Пятый вариант осуществления изобретения][Fifth Embodiment]

Ниже приведено объяснение пятого варианта осуществления настоящего изобретения. Элементы, имеющие те же самые функции, что и элементы из объясненных выше вариантов осуществления изобретения, обозначены теми же самыми номерами позиций, что и соответствующие элементы в описанных выше вариантах осуществления изобретения, и их подробные объяснения опущены.The following is an explanation of a fifth embodiment of the present invention. Elements having the same functions as elements from the above-described embodiments of the invention are denoted by the same reference numbers as the corresponding elements in the above-described embodiments of the invention, and detailed explanations thereof are omitted.

На Фиг. 36 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 37 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 38 на виде в увеличенном масштабе показана та область, где сформирован усилительный элемент (n-канальный TFT). На Фиг. 39 на схематичном виде в поперечном разрезе показана схема соединений соответствующих областей в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 40 изображена эквивалентная электрическая схема n-канального TFT, служащего в качестве усилительного элемента.In FIG. 36 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 37 is a plan view illustrating an example planar structure of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 38, an enlarged view shows the region where the amplification element (n-channel TFT) is formed. In FIG. 39 is a schematic cross-sectional view showing a connection diagram of respective regions in an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 40 is an equivalent circuit diagram of an n-channel TFT serving as an amplifier element.

В оптическом датчике данного варианта осуществления изобретения в качестве усилительного элемента использован n-канальный TFT (транзистор M4) вместо n-канального MOS-конденсатора из второго варианта осуществления изобретения, объяснение которого приведено выше. Предполагается, что высокий уровень потенциала и низкий уровень потенциала управляющих сигналов для оптического датчика данного варианта осуществления изобретения, в котором в качестве усилительного элемента использован n-канальный TFT, являются обратными по сравнению с управляющими сигналами из четвертого варианта осуществления изобретения, в котором в качестве усилительного элемента использован n-канальный TFT, как изложено в описании второго варианта осуществления изобретения со ссылкой на Фиг. 19. С учетом этих управляющих сигналов оптический датчик данного варианта осуществления изобретения отличается тем, что потенциал VINT накопительного узла может быть считан в состоянии с усилением, как объяснено выше в описании первого варианта осуществления изобретения со ссылкой на Фиг. 19.In the optical sensor of this embodiment, an n-channel TFT (transistor M4) is used as an amplifier element instead of the n-channel MOS capacitor of the second embodiment, the explanation of which is given above. It is assumed that the high potential level and low potential level of the control signals for the optical sensor of this embodiment of the invention, in which the n-channel TFT is used as an amplifying element, are inverse to the control signals of the fourth embodiment of the invention, in which as the amplification element The element used an n-channel TFT, as described in the second embodiment with reference to FIG. 19. With these control signals in mind, the optical sensor of this embodiment of the invention is characterized in that the potential V INT of the storage unit can be read in the amplified state, as explained above in the description of the first embodiment of the invention with reference to FIG. 19.

Как показано на Фиг. 36 и Фиг. 37, в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения диод D1 подключен в обратном направлении по сравнению с четвертым вариантом осуществления изобретения. В частности, катод диода D1 соединен с линией RST, а его анод соединен с n-канальным TFT. Помимо этого, транзистором M2 для считывания является p-канальный TFT.As shown in FIG. 36 and FIG. 37, in the optical sensor according to this embodiment, the diode D1 is connected in the opposite direction as compared to the fourth embodiment of the invention. In particular, the cathode of the diode D1 is connected to the RST line, and its anode is connected to the n-channel TFT. In addition, the readout transistor M2 is a p-channel TFT.

Как показано на Фиг. 37 и Фиг. 38, оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения отличается от второго варианта осуществления изобретения тем, что широкий участок 111 линии RWS продолжен до такого местоположения, что полностью пересекает линию 107 в направлении по ширине. Оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения имеет преимущество, состоящее в наличии более короткой длины границы, чем длина границы в оптическом датчике согласно второму варианту осуществления изобретения, что объяснено в описании четвертого варианта осуществления изобретения при сравнении с первым вариантом осуществления изобретения. В частности, как показано на Фиг. 21, длина границы оптического датчика согласно второму варианту осуществления изобретения равна LCAP+2×WCAP. С другой стороны, как показано на Фиг. 38, длина границы оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения равна ширине WTFT продленного участка 107.As shown in FIG. 37 and FIG. 38, the optical sensor according to this embodiment of the invention differs from the second embodiment of the invention in that the wide portion 111 of the RWS line is extended to such a location that it completely crosses the line 107 in the width direction. The optical sensor according to this embodiment has the advantage of having a shorter boundary length than the boundary length in the optical sensor according to the second embodiment, which is explained in the description of the fourth embodiment when compared with the first embodiment. In particular, as shown in FIG. 21, the boundary length of the optical sensor according to the second embodiment is L CAP + 2 × W CAP . On the other hand, as shown in FIG. 38, the boundary length of the optical sensor according to this embodiment is equal to the width W TFT of the extended portion 107.

Во втором варианте осуществления изобретения для уменьшения длины границы необходимо уменьшить длину LCAP, при этом если обеспечена емкость конденсатора C1, то площадь размещения конденсатора C1 прекращает увеличиваться. Однако в данном варианте осуществления изобретения длина границы равна удвоенной ширине WTFT продленного участка 107 кремниевой пленки. Следовательно, длина границы может быть уменьшена без увеличения площади размещения. Таким образом, оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения, отличающийся более короткой длиной границы усилительного элемента, способен ослаблять повышение потенциала VINT вследствие паразитной емкости и тока утечки после момента времени t1. Следовательно, оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения является более предпочтительным, чем оптический датчик согласно второму варианту осуществления изобретения.In the second embodiment of the invention, to reduce the length of the boundary, it is necessary to reduce the length L CAP , while if the capacitance C1 is provided, the area of the capacitor C1 ceases to increase. However, in this embodiment, the boundary length is equal to twice the width W TFT of the extended portion 107 of the silicon film. Therefore, the length of the border can be reduced without increasing the area of placement. Thus, the optical sensor according to this embodiment of the invention, characterized by a shorter length of the boundary of the amplifying element, is able to attenuate the increase in potential V INT due to stray capacitance and leakage current after time t 1 . Therefore, the optical sensor according to this embodiment is more preferable than the optical sensor according to the second embodiment.

Кроме того, в качестве видоизмененного варианта оптического датчика согласно пятому варианту осуществления изобретения, который приведен в качестве примера, может быть обеспечена конфигурация, в которой усилительный элемент имеет достаточную полезную площадь, и длина границы WTFT уменьшена в еще большей степени без увеличения площади размещения за счет сужения продленного участка 107 кремниевой пленки по ширине и за счет создания широкого участка 107a в продленном участке 107, как показано на Фиг. 41 и Фиг. 42. В этом случае эквивалентная электрическая схема n-канального TFT, служащего в качестве усилительного элемента, является такой, которая показана на Фиг. 43. Согласно конфигурации этого видоизмененного варианта, который приведен в качестве примера, длина границы может быть уменьшена в еще большей степени по сравнению с конфигурацией, показанной на Фиг. 36 - Фиг. 40. Следовательно, повышение потенциала VINT вследствие паразитной емкости и тока утечки после момента времени t1 может быть ослаблено в еще большей степени. Следовательно, может быть реализован оптический датчик, имеющий еще больший динамический диапазон.In addition, as a modified embodiment of the optical sensor according to the fifth embodiment, which is given as an example, a configuration can be provided in which the amplifying element has a sufficient usable area and the length of the W TFT boundary is reduced even more without increasing the placement area beyond by narrowing the extended portion 107 of the silicon film in width and by creating a wide portion 107a in the extended portion 107, as shown in FIG. 41 and FIG. 42. In this case, the equivalent circuitry of the n-channel TFT serving as the amplification element is that shown in FIG. 43. According to the configuration of this modified embodiment, which is given as an example, the length of the border can be reduced even more than the configuration shown in FIG. 36 - FIG. 40. Therefore, the increase in potential V INT due to stray capacitance and leakage current after time t 1 can be weakened even more. Therefore, an optical sensor having an even greater dynamic range can be implemented.

Помимо этого, посредством оптического датчика данного варианта осуществления изобретения также может быть получен выходной сигнал оптического датчика, имеющий превосходную линейность при изменении освещенности, как и в первом варианте осуществления изобретения, за счет фиксации потенциала светоэкранирующей пленки LS диода D1 равным постоянному потенциалу VLS и за счет установления значения постоянного потенциала VLS, удовлетворяющего следующему условию:In addition, through the optical sensor of this embodiment, the output of the optical sensor can also be obtained having excellent linearity when the illumination changes, as in the first embodiment of the invention, by fixing the potential of the light-shielding film LS of diode D1 equal to the constant potential V LS and the account of establishing the value of the constant potential V LS satisfying the following condition:

VLS≥VRST.H V LS ≥V RST.H

или предпочтительноor preferably

VLS≥VRST.H+Vth_p.V LS ≥V RST.H + V th_p .

[Шестой вариант осуществления изобретения][Sixth embodiment of the invention]

Ниже приведено объяснение шестого варианта осуществления изобретения настоящего изобретения. Элементы, имеющие те же самые функции, что и элементы из объясненных выше вариантов осуществления изобретения, обозначены теми же самыми номерами позиций, что и соответствующие элементы в описанных выше вариантах осуществления изобретения, и их подробные объяснения опущены.The following is an explanation of a sixth embodiment of the present invention. Elements having the same functions as elements from the above-described embodiments of the invention are denoted by the same reference numbers as the corresponding elements in the above-described embodiments of the invention, and detailed explanations thereof are omitted.

На Фиг. 44 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 45 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 46 на виде в увеличенном масштабе показана та область, где сформирован усилительный элемент (диод D2). На Фиг. 47 на схематичном виде в поперечном разрезе показана схема соединений соответствующих областей в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 48 изображена эквивалентная электрическая схема диода, служащего в качестве усилительного элемента.In FIG. 44 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 45 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 46, an enlarged view shows the region where the amplifier element (diode D2) is formed. In FIG. 47 is a schematic cross-sectional view showing a connection diagram of respective regions in an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 48 is an equivalent circuit diagram of a diode serving as an amplifier element.

Оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения отличается от описанных выше вариантов осуществления изобретения тем, что в качестве усилительного элемента использован диод D2. Следует отметить, что используемый здесь диод D2 представляет собой диод, имеющий электрод затвора в канале. Диод D2, имеющий электрод затвора в области канала, осуществляет усиление в течение периода считывания с использованием емкости между затвором и диодом. Как показано на Фиг. 44, оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения включает в себя диод D2, функционирующий в качестве усилительного элемента. Как показано на Фиг. 44 - Фиг. 46, катод (область 107n полупроводника n-типа) диода D2 соединена с катодом (с областью 102n полупроводника n-типа) диода D1, а анод (область 107p полупроводника p-типа) диода D2 соединен с накопительным узлом INT. The optical sensor according to this embodiment of the invention differs from the above-described embodiments of the invention in that a diode D2 is used as an amplifying element. It should be noted that the diode D2 used here is a diode having a gate electrode in the channel. A diode D2 having a gate electrode in the channel region amplifies during the reading period using a capacitance between the gate and the diode. As shown in FIG. 44, an optical sensor according to this embodiment of the invention includes a diode D2 functioning as an amplifier element. As shown in FIG. 44 - FIG. 46, the cathode (n-type semiconductor region 107n) of the diode D2 is connected to the cathode (with the n-type semiconductor region 102n) of the diode D1, and the anode (p-type semiconductor region 107p) of the diode D2 is connected to the storage node INT.

В этой конфигурации потенциал VINT накопительного узла также может быть считан в состоянии с усилением, как показано на Фиг. 9 в сочетании с описанием первого варианта осуществления изобретения, с использованием сигнала сброса и сигнала считывания, которые показаны на Фиг. 4 в сочетании с описанием первого варианта осуществления изобретения.In this configuration, the potential V INT of the storage node can also be read in the amplified state, as shown in FIG. 9 in conjunction with the description of the first embodiment of the invention using the reset signal and the read signal, which are shown in FIG. 4 in conjunction with the description of the first embodiment of the invention.

Кроме того, конфигурация согласно данному варианту осуществления изобретения имеет два описанных ниже преимущества по сравнению с конфигурацией, в которой в качестве усилительного элемента использован p-канальный TFT, как в четвертом варианте осуществления изобретения.In addition, the configuration according to this embodiment of the invention has two advantages described below compared to the configuration in which a p-channel TFT is used as an amplifying element, as in the fourth embodiment of the invention.

Первое преимущество состоит в том, что длина границы является еще более короткой. В частности, в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения, показанном на Фиг. 46, граница B присутствует только со стороны области p+. Следовательно, длина границы равна ширине WTFT продленного участка 107 кремниевой пленки. Таким образом, оптический датчик данного варианта осуществления изобретения является более предпочтительным, чем оптический датчик из четвертого варианта осуществления изобретения, поскольку повышение потенциала VINT вследствие паразитной емкости и тока утечки после момента времени t1 может быть ослаблено в еще большей степени.The first advantage is that the length of the border is even shorter. In particular, in the optical sensor according to this embodiment shown in FIG. 46, boundary B is present only from the region p +. Therefore, the length of the boundary is equal to the width W TFT of the extended portion 107 of the silicon film. Thus, the optical sensor of this embodiment is more preferable than the optical sensor of the fourth embodiment, since the increase in potential V INT due to stray capacitance and leakage current after time t 1 can be weakened even more.

Второе преимущество состоит в том, что поскольку катод (область 102n полупроводника n-типа) диода D1 соединен с катодом (с областью 107n полупроводника n-типа) диода D2, то реализовать это соединение легче по сравнению с четвертым вариантом осуществления изобретения, в котором катод (область 102 полупроводника n-типа) диода D1 соединен с областью полупроводника p-типа.A second advantage is that since the cathode (n-type semiconductor region 102n) of the diode D1 is connected to the cathode (with the n-type semiconductor region 107n) of the diode D2, this connection is easier to implement compared to the fourth embodiment of the invention, in which the cathode (n-type semiconductor region 102) of the diode D1 is connected to the p-type semiconductor region.

Следует отметить, что конфигурация, показанная на Фиг. 49 и Фиг. 50, может быть принята как приведенный в качестве примера видоизмененный вариант конфигурации, показанный на Фиг. 44 и Фиг. 45. На Фиг. 49 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно первому видоизмененному варианту данного варианта осуществления изобретения, который приведен в качестве примера. На Фиг. 50 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно первому видоизмененному варианту, который приведен в качестве примера. Как показано на Фиг. 49 и Фиг. 50, оптический датчик согласно первому видоизмененному варианту данного варианта осуществления изобретения, который приведен в качестве примера, имеет конфигурацию, в которой добавлен транзистор M5, предназначенный для сброса.It should be noted that the configuration shown in FIG. 49 and FIG. 50 may be taken as an exemplary modified configuration shown in FIG. 44 and FIG. 45. In FIG. 49 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to a first modified embodiment of this embodiment, which is given as an example. In FIG. 50 is a plan view illustrating an exemplary planar structure of an optical sensor according to a first modified embodiment, which is given as an example. As shown in FIG. 49 and FIG. 50, the optical sensor according to the first modified embodiment of this embodiment of the invention, which is given as an example, has a configuration in which a transistor M5 for resetting is added.

Анод (область 102p полупроводника p-типа) диода D1 соединен с линией VSS для подачи заданного постоянного (DC) потенциала через линию 108 и контакты 109 и 110. Электрод 131 затвора транзистора M3, предназначенный для сброса, продолжается из линии RST. Эта конфигурация первого видоизмененного варианта, который приведен в качестве примера, имеет преимущество, состоящее в способности более надежного сброса накопительного узла с использованием транзистора M3, предназначенного для сброса, который соединен с накопительным узлом, по сравнению с конфигурацией, показанной на Фиг. 44 и Фиг. 45, в которой сброс осуществляют через диод D2.The anode (p-type semiconductor region 102p) of the diode D1 is connected to the VSS line to supply a predetermined constant (DC) potential through the line 108 and the contacts 109 and 110. The gate electrode 131 of the transistor M3, intended for reset, continues from the RST line. This configuration of the first modified embodiment, which is given as an example, has the advantage of being able to more reliably reset the storage node using a reset transistor M3 that is connected to the storage node, compared with the configuration shown in FIG. 44 and FIG. 45, in which the reset is carried out through the diode D2.

Кроме того, в качестве второго видоизмененного варианта, который приведен в качестве примера, может быть использована конфигурация, показанная на Фиг. 51 и Фиг. 52. На Фиг. 51 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно второму видоизмененному варианту данного варианта осуществления изобретения, который приведен в качестве примера. На Фиг. 52 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно второму видоизмененному варианту данного варианта осуществления изобретения, который приведен в качестве примера. Конфигурация, показанная на Фиг. 51 и Фиг. 52, отличается от описанного выше первого видоизмененного варианта, который приведен в качестве примера, тем, что анод (область 102p полупроводника p-типа) диода D1 соединена с линией RST для подачи сигнала сброса. В случае этой конфигурации отсутствует необходимость в обеспечении отдельной линии VSS. Следовательно, эта конфигурация имеет преимущество, состоящее в том, что площадь размещения оптического датчика может быть уменьшена по сравнению с описанным выше первым видоизмененным вариантом, который приведен в качестве примера.In addition, as the second modified embodiment, which is given as an example, the configuration shown in FIG. 51 and FIG. 52. In FIG. 51 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to a second exemplary embodiment of this embodiment of the invention. In FIG. 52 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to a second modified embodiment of this embodiment, which is given as an example. The configuration shown in FIG. 51 and FIG. 52 differs from the first modified embodiment described above, which is given as an example, in that the anode (p-type semiconductor region 102p) of the diode D1 is connected to the RST line to supply a reset signal. With this configuration, there is no need to provide a separate VSS line. Therefore, this configuration has the advantage that the area of the optical sensor can be reduced in comparison with the first modified variant described above, which is given as an example.

Помимо этого, посредством оптического датчика данного варианта осуществления изобретения также может быть получен выходной сигнал оптического датчика, имеющий превосходную линейность при изменении освещенности, как и в первом варианте осуществления изобретения, за счет фиксации потенциала светоэкранирующей пленки LS диода D1 равным постоянному потенциалу VLS и установления значения постоянного потенциала VLS, удовлетворяющего следующему условию:In addition, through the optical sensor of this embodiment, the output of the optical sensor can also be obtained having excellent linearity when the illumination changes, as in the first embodiment of the invention, by fixing the potential of the light-shielding film LS of the diode D1 equal to the constant potential V LS and setting the value of the constant potential V LS satisfying the following condition:

VLS≥VRST.H V LS ≥V RST.H

или предпочтительноor preferably

VLS≥VRST.H+Vth_p V LS ≥V RST.H + V th_p

[Седьмой вариант осуществления изобретения][Seventh embodiment of the invention]

Ниже приведено объяснение седьмого варианта осуществления настоящего изобретения. Элементы, имеющие те же самые функции, что и элементы из объясненных выше вариантов осуществления изобретения, обозначены теми же самыми номерами позиций, что и соответствующие элементы в описанных выше вариантах осуществления изобретения, и их подробные объяснения опущены.The following is an explanation of a seventh embodiment of the present invention. Elements having the same functions as elements from the above-described embodiments of the invention are denoted by the same reference numbers as the corresponding elements in the above-described embodiments of the invention, and detailed explanations thereof are omitted.

На Фиг. 53 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 54 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения.In FIG. 53 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 54 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to this embodiment of the invention.

Оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения имеет конфигурацию, полученную путем видоизменения конфигурации из четвертого варианта осуществления изобретения, показанной на Фиг. 33 - Фиг. 35 таким образом, что металлическая пленка 113, служащая в качестве светоэкранирующей пленки LS, обеспеченной на задней стороне диода D1, продолжается до местоположения, противоположного линии RWS, и посредством этой металлической пленки 113, линии RWS и изоляционной пленки (не показана), обеспеченной между ними, сформирован конденсатор CSER, как показано на Фиг. 53 и Фиг. 54. Другими словами, в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения в качестве усилительного элемента использован p-канальный TFT (транзистор M4), как и в четвертом варианте осуществления изобретения.The optical sensor according to this embodiment of the invention has a configuration obtained by modifying the configuration of the fourth embodiment of the invention shown in FIG. 33 - FIG. 35 so that the metal film 113 serving as the light shielding film LS provided on the rear side of the diode D1 extends to a location opposite the RWS line, and through this metal film 113, the RWS line, and an insulating film (not shown) provided between by them, a capacitor C SER is formed , as shown in FIG. 53 and FIG. 54. In other words, in the optical sensor according to this embodiment, the p-channel TFT (transistor M4) is used as an amplifier element, as in the fourth embodiment of the invention.

В конфигурации, показанной на Фиг. 53, конденсатор CSER функционирует в качестве последовательно подключенного конденсатора относительно емкостей Cc и Ca между металлической пленкой 113 и диодом D1. Следовательно, можно увеличить только лишь CINT, не увеличивая CINT' в формуле (6) из первого варианта осуществления изобретения, объяснение которого приведено выше, и, следовательно, улучшить эффект усиления при считывании.In the configuration shown in FIG. 53, the capacitor C SER functions as a series-connected capacitor with respect to the capacitances Cc and Ca between the metal film 113 and the diode D1. Therefore, it is possible to increase only C INT without increasing C INT 'in the formula (6) from the first embodiment of the invention, the explanation of which is given above, and, therefore, to improve the gain effect when reading.

Поскольку конденсатор CSER создан таким образом, то конфигурация, в которой в качестве усилительного элемента использован p-канальный TFT, как и в данном варианте осуществления изобретения, является существенно более эффективной для улучшения эффекта усиления при считывании по сравнению с конфигурацией, в которой в качестве усилительного элемента использован конденсатор переменной емкости.Since the capacitor C SER is created in this way, a configuration in which a p-channel TFT is used as an amplifying element, as in this embodiment of the invention, is significantly more effective for improving the reading gain compared to a configuration in which as The amplifying element used is a capacitor of variable capacity.

В частности, в том случае, когда конденсатор CSER объединен с конфигурацией, в которой в качестве усилительного элемента использован конденсатор C1 переменной емкости (первый вариант осуществления изобретения), показанной на Фиг. 55A, то на потенциал VINT накопительного узла после считывания влияют не только заряды ΔQC из конденсатора C1, но также и заряды QS, инжектированные из конденсатора CSER. Следовательно, в этой конфигурации конденсатор CSER прекращает ослабление эффекта усиления при считывании.In particular, in the case where the capacitor C SER is combined with a configuration in which a variable capacitor C1 (the first embodiment of the invention) shown in FIG. 55A, the potential V INT of the storage unit after reading is affected not only by the charges ΔQ C from the capacitor C1, but also by the charges Q S injected from the capacitor C SER . Therefore, in this configuration, the capacitor C SER stops attenuation of the reading gain.

С другой стороны, как показано на Фиг. 55B, в том случае, когда конденсатор CSER объединен с конфигурацией, в которой в качестве усилительного элемента использован p-канальный TFT (транзистор M4), как и в данном варианте осуществления изобретения, заряды, инжектированные из конденсатора CSER, также должны пройти через транзистор M4 при считывании. Следовательно, заряды (ΔQS), инжектированные из конденсатора CSER, также работают на улучшение эффекта усиления вместе с зарядами ΔQC.On the other hand, as shown in FIG. 55B, in the case where the capacitor C SER is combined with a configuration in which a p-channel TFT (transistor M4) is used as an amplifying element, as in this embodiment, the charges injected from the capacitor C SER must also pass through transistor M4 when reading. Therefore, the charges (ΔQ S ) injected from the capacitor C SER also work to improve the gain effect along with the charges ΔQ C.

Следовательно, оптический датчик, полученный путем объединения конденсатора CSER с конфигурацией, в которой в качестве усилительного элемента использован p-канальный TFT, как и в данном варианте осуществления изобретения, является эффективным для получения превосходного эффекта усиления.Therefore, the optical sensor obtained by combining the C SER capacitor with a configuration in which a p-channel TFT is used as an amplifying element, as in this embodiment of the invention, is effective for obtaining an excellent gain effect.

Приведенное выше объяснение относится к примеру, полученному путем объединения конденсатора CSER с конфигурацией из четвертого варианта осуществления изобретения, которая показана на Фиг. 33 - Фиг. 35, но тот же самый эффект может быть достигнут путем объединения конденсатора CSER с любой из других конфигураций, объяснение которых дано в описаниях четвертого и пятого вариантов осуществления изобретения.The above explanation relates to an example obtained by combining the capacitor C SER with the configuration of the fourth embodiment of the invention, which is shown in FIG. 33 - FIG. 35, but the same effect can be achieved by combining the capacitor C SER with any of the other configurations explained in the descriptions of the fourth and fifth embodiments of the invention.

[Восьмой вариант осуществления изобретения][Eighth embodiment of the invention]

Ниже приведено объяснение восьмого варианта осуществления настоящего изобретения. Элементы, имеющие те же самые функции, что и элементы из описанных выше вариантов осуществления изобретения, обозначены теми же самыми номерами позиций, что и соответствующие элементы в описанных выше вариантах осуществления изобретения, и их подробные объяснения опущены.The following is an explanation of an eighth embodiment of the present invention. Elements having the same functions as elements from the above-described embodiments of the invention are denoted by the same reference numbers as the corresponding elements in the above-described embodiments of the invention, and detailed explanations thereof are omitted.

На Фиг. 56 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 57 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. Как показано на Фиг. 56 и Фиг. 57, в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения диоды D1 и конденсаторы C3 упорядоченно расположены параллельно во множестве областей пикселей. Конденсатор C3 представляет собой обычный конденсатор (не являющийся конденсатором переменной емкости). Следует отметить, что пример, показанный на Фиг. 56 и Фиг. 57, имеет конфигурацию, в которой считывание осуществляют с четырех диодов D1 одним транзистором M2 считывания, но количество диодов D1, подвергаемых считыванию, не ограничено этим количеством.In FIG. 56 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 57 is a plan view showing an exemplary planar structure of an optical sensor according to this embodiment of the invention. As shown in FIG. 56 and FIG. 57, in the optical sensor according to this embodiment, the diodes D1 and the capacitors C3 are ordered in parallel in a plurality of pixel regions. Capacitor C3 is a conventional capacitor (not a variable capacitor). It should be noted that the example shown in FIG. 56 and FIG. 57 has a configuration in which reading is performed from four diodes D1 by one read transistor M2, but the number of diodes D1 subjected to reading is not limited to this number.

В примере, показанном на Фиг. 56 и Фиг. 57, в области пикселя, ближайшей к транзистору M2 считывания, сформирован p-канальный TFT (транзистор M4), служащий в качестве усилительного элемента, а в каждой из других областей пикселя сформирован обычный конденсатор C3 (не являющийся конденсатором переменной емкости).In the example shown in FIG. 56 and FIG. 57, in the pixel region closest to the read transistor M2, a p-channel TFT (transistor M4) is formed that serves as an amplifier element, and in each of the other regions of the pixel a conventional capacitor C3 (which is not a variable capacitor) is formed.

В этой конфигурации, в которой множество диодов D1 соединены параллельно, фотоэлектрический ток может быть увеличен. Кроме того, поскольку усилительный элемент обеспечен в диоде D1, ближайшем к транзистору M2 считывания из множества диодов D1, то потенциал накопительного узла может быть считан в состоянии с усилением. Таким образом, может быть реализован оптический датчик, имеющий высокую чувствительность, без ухудшения отношения сигнал/шум. Кроме того, за счет использования p-канального TFT в качестве усилительного элемента длина границы может быть уменьшена по сравнению с описанным выше случаем, в котором использован конденсатор переменной емкости. Это позволяет улучшить эффект усиления в еще большей степени.In this configuration, in which a plurality of diodes D1 are connected in parallel, the photoelectric current can be increased. In addition, since the amplifier element is provided in the diode D1 closest to the read transistor M2 from the plurality of diodes D1, the potential of the storage node can be read in the amplified state. Thus, an optical sensor having high sensitivity can be implemented without degrading the signal-to-noise ratio. In addition, by using the p-channel TFT as an amplifier element, the boundary length can be reduced compared to the case described above in which a variable capacitor is used. This improves the amplification effect to an even greater extent.

Кроме того, посредством оптического датчика данного варианта осуществления изобретения также может быть получен выходной сигнал оптического датчика, имеющий превосходную линейность при изменении освещенности, как и в первом варианте осуществления изобретения, за счет фиксации потенциала светоэкранирующей пленки LS (не показана) диода D1 равным постоянному потенциалу VLS и установления значения постоянного потенциала VLS, удовлетворяющего следующему условию:In addition, through the optical sensor of this embodiment, the optical sensor output can also be obtained having excellent linearity when the illumination changes, as in the first embodiment of the invention, by fixing the potential of the light-shielding film LS (not shown) of the diode D1 to a constant potential V LS and establish the value of the constant potential V LS that satisfies the following condition:

VLS≥VRST.H V LS ≥V RST.H

или предпочтительноor preferably

VLS≥VRST.H+Vth_p V LS ≥V RST.H + V th_p

[Девятый вариант осуществления изобретения][Ninth embodiment of the invention]

Ниже приведено объяснение девятого варианта осуществления настоящего изобретения. Элементы, имеющие те же самые функции, что и элементы из объясненных выше вариантов осуществления изобретения, обозначены теми же самыми номерами позиций, что и соответствующие элементы в описанных выше вариантах осуществления изобретения, и их подробные объяснения опущены.The following is an explanation of a ninth embodiment of the present invention. Elements having the same functions as elements from the above-described embodiments of the invention are denoted by the same reference numbers as the corresponding elements in the above-described embodiments of the invention, and detailed explanations thereof are omitted.

На Фиг. 58 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 59 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. Как показано на Фиг. 58 и Фиг. 59, в оптическом датчике согласно данному варианту осуществления изобретения диоды D1 и конденсаторы C3 упорядоченно расположены параллельно во множестве областей пикселей. Конденсатор C3 представляет собой обычный конденсатор (не являющийся конденсатором переменной емкости). Следует отметить, что пример, показанный на Фиг. 58 и Фиг. 59, имеет конфигурацию, в которой считывание осуществляют с четырех диодов D1 одним транзистором M2 считывания, но количество диодов D1, подвергаемых считыванию, не ограничено этим количеством.In FIG. 58 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 59 is a plan view illustrating an exemplary planar structure of an optical sensor according to this embodiment of the invention. As shown in FIG. 58 and FIG. 59, in the optical sensor according to this embodiment, the diodes D1 and the capacitors C3 are arranged in parallel in a plurality of pixel regions. Capacitor C3 is a conventional capacitor (not a variable capacitor). It should be noted that the example shown in FIG. 58 and FIG. 59 has a configuration in which reading is performed from four diodes D1 by one read transistor M2, but the number of diodes D1 subjected to reading is not limited to this number.

В примере, показанном на Фиг. 58 и Фиг. 59, в области пикселя, ближайшей к транзистору M2 считывания из этих четырех диодов D1, создан диод D2, служащий в качестве усилительного элемента, а в каждой из других областей пикселя сформирован обычный конденсатор C3 (не являющийся конденсатором переменной емкости). Кроме того, в области пикселя, смежной с транзистором M2 считывания, сформирован транзистор M5 для сброса.In the example shown in FIG. 58 and FIG. 59, a diode D2 has been created in the pixel region closest to the read transistor M2 from these four diodes D1, which serves as an amplifier element, and a conventional capacitor C3 (not a variable capacitor) is formed in each of the other regions of the pixel. In addition, in the pixel region adjacent to the read transistor M2, a reset transistor M5 is formed.

В этой конфигурации, в которой множество диодов D1 соединены параллельно, фотоэлектрический ток может быть увеличен. Кроме того, поскольку усилительный элемент (диод D2) обеспечен в диоде D1, ближайшем к транзистору M2 считывания из множества диодов D1, то потенциал накопительного узла может быть считан в состоянии с усилением. Таким образом, может быть реализован оптический датчик, имеющий высокую чувствительность, без ухудшения отношения сигнал/шум. Кроме того, за счет использования диода D2 в качестве усилительного элемента длина границы может быть уменьшена по сравнению с описанным выше случаем, в котором использован конденсатор переменной емкости. Это позволяет улучшить эффект усиления в еще большей степени.In this configuration, in which a plurality of diodes D1 are connected in parallel, the photoelectric current can be increased. In addition, since the amplifier element (diode D2) is provided in the diode D1 closest to the read transistor M2 from the plurality of diodes D1, the potential of the storage node can be read in the amplified state. Thus, an optical sensor having high sensitivity can be implemented without degrading the signal-to-noise ratio. In addition, by using the diode D2 as an amplifier element, the length of the boundary can be reduced compared with the case described above in which a capacitor of variable capacitance is used. This improves the amplification effect to an even greater extent.

Кроме того, посредством оптического датчика данного варианта осуществления изобретения также может быть получен выходной сигнал оптического датчика, имеющий превосходную линейность при изменении освещенности, как и в первом варианте осуществления изобретения, за счет фиксации потенциала светоэкранирующей пленки LS (не показана) диода D1 равным постоянному потенциалу VLS и установления значения постоянного потенциала VLS, удовлетворяющего следующему условию:In addition, through the optical sensor of this embodiment, the optical sensor output can also be obtained having excellent linearity when the illumination changes, as in the first embodiment of the invention, by fixing the potential of the light-shielding film LS (not shown) of the diode D1 to a constant potential V LS and establish the value of the constant potential V LS that satisfies the following condition:

VLS≥VRST.H V LS ≥V RST.H

или предпочтительноor preferably

VLS≥VRST.H+Vth_p V LS ≥V RST.H + V th_p

[Десятый вариант осуществления изобретения][Tenth embodiment of the invention]

Ниже приведено объяснение десятого варианта осуществления настоящего изобретения. Элементы, имеющие те же самые функции, что и элементы из объясненных выше вариантов осуществления изобретения, обозначены теми же самыми номерами позиций, что и соответствующие элементы в описанных выше вариантах осуществления изобретения, и их подробные объяснения опущены.The following is an explanation of a tenth embodiment of the present invention. Elements having the same functions as elements from the above-described embodiments of the invention are denoted by the same reference numbers as the corresponding elements in the above-described embodiments of the invention, and detailed explanations thereof are omitted.

На Фиг. 60 изображена эквивалентная электрическая схема оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 61 на виде сверху показана приведенная в качестве примера планарная структура оптического датчика согласно данному варианту осуществления изобретения. Оптический датчик согласно данному варианту осуществления изобретения имеет конфигурацию, полученную путем добавления транзистора M5 сброса к оптическому датчику согласно первому варианту осуществления изобретения, как показано на Фиг. 60 и Фиг. 61. Электрод 131 затвора транзистора M5 сброса является продолжением линии RST.In FIG. 60 is an equivalent circuit diagram of an optical sensor according to this embodiment of the invention. In FIG. 61 is a plan view illustrating an example planar structure of an optical sensor according to this embodiment of the invention. The optical sensor according to this embodiment is configured by adding a reset transistor M5 to the optical sensor according to the first embodiment, as shown in FIG. 60 and FIG. 61. The gate electrode 131 of the reset transistor M5 is a continuation of the RST line.

В этой конфигурацией, так же как и в оптическом датчике согласно первому варианту осуществления изобретения, потенциал накопительного узла может быть считан в состоянии с усилением. Таким образом, может быть реализован оптический датчик, имеющий высокую чувствительность, без ухудшения отношения сигнал/шум.In this configuration, as well as in the optical sensor according to the first embodiment of the invention, the potential of the storage unit can be read in the amplified state. Thus, an optical sensor having high sensitivity can be implemented without degrading the signal-to-noise ratio.

Кроме того, посредством оптического датчика данного варианта осуществления изобретения также может быть получен выходной сигнал оптического датчика, имеющий превосходную линейность при изменении освещенности, как и в первом варианте осуществления изобретения, за счет фиксации потенциала светоэкранирующей пленки LS диода D1 равным постоянному потенциалу VLS и установления значения постоянного потенциала VLS, удовлетворяющего следующему условию:In addition, through the optical sensor of this embodiment, the output of the optical sensor can also be obtained having excellent linearity when the illumination changes, as in the first embodiment of the invention, by fixing the potential of the light-shielding film LS of the diode D1 equal to the constant potential V LS and setting the value of the constant potential V LS satisfying the following condition:

VLS≥VRST.H V LS ≥V RST.H

или предпочтительноor preferably

VLS≥VRST.H+Vth_p V LS ≥V RST.H + V th_p

Более того, эта конфигурация, в которой обеспечено наличие транзистора M5 сброса, применима не только к первому варианту осуществления изобретения, но также и ко второму, третьему, четвертому, пятому, седьмому и восьмому вариантам осуществления изобретения, и описанный выше эффект может быть достигнут в каждом из этих вариантов осуществления изобретения.Moreover, this configuration, in which a reset transistor M5 is provided, is applicable not only to the first embodiment of the invention, but also to the second, third, fourth, fifth, seventh and eighth embodiments of the invention, and the above effect can be achieved in each of these embodiments of the invention.

Выше было приведено объяснение вариантов осуществления изобретения настоящего изобретения с первого по десятый, но настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления изобретения. Настоящее изобретение может быть видоизменено, не выходя за пределы объема изобретения.The above has been an explanation of the first to tenth embodiments of the invention, but the present invention is not limited to the embodiments described above. The present invention may be modified without departing from the scope of the invention.

Например, в приведенном выше описании вариантов осуществления изобретения показана конфигурация, в которой с оптическими датчиками соединены линии VDD, VSS и OUT, которые также служат в качестве линий COL истоков. Эта конфигурация имеет преимущество, состоящее в высокой светосиле пикселей. Однако, поскольку в этой конфигурации линии для оптических датчиков также служат в качестве линий COL истоков, то выходные данные из схемы датчика не могут быть считаны во время подачи видеосигналов для вывода изображения на экран устройства отображения на линии COL истоков. Следовательно, сигнал считывания для выходных данных из схемы датчика необходимо подавать в течение периода обратного хода, как показано на Фиг. 14. Следовательно, линии VDD, VSS и OUT для оптических датчиков могут быть созданы отдельно от линий COL истоков. Несмотря на то, что в этой конфигурации пиксель имеет низкую светосилу, она позволяет возбуждать линии для оптических датчиков отдельно от линий COL истоков, и, следовательно, она имеет преимущество, состоящее в том, что выходные данные из схемы датчика могут быть считаны вне зависимости от времени вывода изображения на экран устройства отображения.For example, the above description of embodiments of the invention shows a configuration in which VDD, VSS, and OUT lines are connected to the optical sensors, which also serve as source COL lines. This configuration has the advantage of a high aperture of pixels. However, since the lines for optical sensors also serve as source COL lines in this configuration, the output from the sensor circuit cannot be read during video signals to display on the screen of the display device on the source COL line. Therefore, a read signal for the output from the sensor circuit must be supplied during the flyback period, as shown in FIG. 14. Therefore, the VDD, VSS, and OUT lines for optical sensors can be created separately from the source COL lines. Although the pixel has a low aperture in this configuration, it allows excitation of the lines for optical sensors separately from the COL lines of the sources, and therefore it has the advantage that the output from the sensor circuit can be read regardless time to display the image on the screen of the display device.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY

Настоящее изобретение имеет промышленную применимость в качестве устройства отображения, имеющего оптические датчики в области пикселей подложки активной матрицы.The present invention has industrial applicability as a display device having optical sensors in the pixel region of an active matrix substrate.

Claims (17)

1. Устройство отображения, содержащее оптический датчик в области пикселей на подложке активной матрицы, в котором оптический датчик включает в себя:
фотоприемный элемент для приема падающего света;
сигнальную линию сброса для подачи сигнала сброса в оптический датчик;
сигнальную линию считывания для подачи сигнала считывания в оптический датчик;
накопительный узел, имеющий потенциал, который изменяется в зависимости от количества света, полученного фотоприемным элементом в течение периода регистрации, причем период регистрации представляет собой период с момента подачи сигнала сброса до момента подачи сигнала считывания;
усилительный элемент для усиления потенциала накопительного узла в соответствии с сигналом считывания; и
элемент, переключающий датчик, для считывания потенциала, усиленного усилительным элементом, и вывода этого потенциала в качестве выходного сигнала схемы датчика на выходную линию,
в котором обеспечено наличие светоэкранирующей пленки на стороне, противоположной стороне светоприемной поверхности относительно фотоприемного элемента,
причем эта светоэкранирующая пленка соединена с источником питания для подачи напряжения для фиксации потенциала светоэкранирующей пленки равным постоянному потенциалу, и удовлетворяется следующая формула:
VLS≥VRST.H,
где VLS - постоянный потенциал, а VRST.H - высокоуровневый потенциал сигнала сброса.
1. A display device comprising an optical sensor in a pixel region on an active matrix substrate, in which the optical sensor includes:
a photodetector for receiving incident light;
a reset signal line for supplying a reset signal to the optical sensor;
a read signal line for supplying a read signal to the optical sensor;
a storage unit having a potential that varies depending on the amount of light received by the photodetector during the recording period, the recording period being the period from the moment the reset signal is supplied until the read signal is supplied;
an amplifier element for enhancing the potential of the storage node in accordance with the read signal; and
a sensor switching element for sensing a potential amplified by an amplifying element and outputting this potential as an output signal of a sensor circuit to an output line,
in which the presence of a light-shielding film is provided on the side opposite to the side of the light-receiving surface relative to the photo-receiving element,
moreover, this light-shielding film is connected to a power source for supplying voltage to fix the potential of the light-shielding film to a constant potential, and the following formula is satisfied:
V LS ≥V RST.H ,
where V LS is the constant potential and V RST.H is the high-level potential of the reset signal.
2. Устройство отображения по п.1,
в котором фотоприемным элементом является pin-диод и удовлетворяется следующая формула:
VLS≥VRST.H+Vth_p,
где Vth_p - пороговое напряжение p-канала pin-диода.
2. The display device according to claim 1,
in which the photodetector is a pin diode and the following formula is satisfied:
V LS ≥V RST.H + V th_p ,
where V th_p is the threshold voltage of the p-channel pin diode.
3. Устройство отображения по п.1 или 2, в котором усилительным элементом является конденсатор переменной емкости.3. The display device according to claim 1 or 2, in which the amplifying element is a capacitor of variable capacitance. 4. Устройство отображения по п.3, в котором конденсатором переменной емкости является MOS-конденсатор (конденсатор со структурой металл-оксид-полупроводник), включающий в себя сигнальную линию считывания, изоляционную пленку и область полупроводника p-типа, сформированную в кремниевой пленке.4. The display device according to claim 3, in which the variable capacitor is a MOS capacitor (a metal-oxide-semiconductor capacitor) including a read signal line, an insulating film, and a p-type semiconductor region formed in the silicon film. 5. Устройство отображения по п.3, в котором конденсатором переменной емкости является MOS-конденсатор, который включает в себя электрод затвора элемента, переключающего датчик, изоляционную пленку и область полупроводника n-типа, сформированную в кремниевой пленке.5. The display device according to claim 3, in which the variable capacitor is a MOS capacitor, which includes a gate electrode of the element switching the sensor, an insulating film, and an n-type semiconductor region formed in the silicon film. 6. Устройство отображения по п.1 или 2, в котором усилительным элементом является p-канальный тонкопленочный транзистор.6. The display device according to claim 1 or 2, in which the amplifying element is a p-channel thin-film transistor. 7. Устройство отображения по п.6,
в котором в p-канальном тонкопленочном транзисторе область канала сформирована в широком участке кремниевой пленки, соединяющей фотоприемный элемент и накопительный узел друг с другом, и
электрод затвора p-канального тонкопленочного транзистора создан так, что перекрывает этот широкий участок.
7. The display device according to claim 6,
in which in the p-channel thin-film transistor, the channel region is formed in a wide area of the silicon film connecting the photodetector element and the storage node to each other, and
The gate electrode of the p-channel thin-film transistor is designed to cover this wide area.
8. Устройство отображения по п.1 или 2, в котором усилительным элементом является n-канальный тонкопленочный транзистор.8. The display device according to claim 1 or 2, in which the amplifying element is an n-channel thin-film transistor. 9. Устройство отображения по п.1 или 2, в котором усилительным элементом является диод, имеющий электрод затвора в канале.9. The display device according to claim 1 or 2, in which the amplifying element is a diode having a gate electrode in the channel. 10. Устройство отображения по п.1 или 2,
в котором обеспечено наличие электрода, противоположного светоэкранирующей пленке, для формирования емкости, подключенной последовательно относительно паразитной емкости между светоэкранирующей пленкой и фотоприемным элементом, и
этот электрод является электрически соединенным с линией сигнала считывания.
10. The display device according to claim 1 or 2,
in which the presence of an electrode opposite the light-shielding film is provided for forming a capacitance connected in series with respect to the stray capacitance between the light-shielding film and the photodetector, and
this electrode is electrically connected to the read signal line.
11. Устройство отображения по п.1 или 2,
в котором обеспечено наличие множества фотоприемных элементов в области пикселей,
это множество фотоприемных элементов соединены параллельно, и
усилительный элемент соединен с одним из фотоприемных элементов, расположенных в конце фотоприемных элементов.
11. The display device according to claim 1 or 2,
in which a plurality of photodetector elements are provided in the pixel region,
this set of photodetector elements are connected in parallel, and
an amplifying element is connected to one of the photodetector elements located at the end of the photodetector elements.
12. Устройство отображения по п.1 или 2,
в котором элементом, переключающим датчик, является переключающий элемент с тремя выводами,
причем электрод затвора, являющийся одним из этих трех выводов, соединен с накопительным узлом, и
один из двух других выводов из этих трех выводов соединен с выходной линией.
12. The display device according to claim 1 or 2,
wherein the sensor switching element is a three-pin switching element,
moreover, the gate electrode, which is one of these three conclusions, is connected to the storage node, and
one of the other two pins of these three pins is connected to the output line.
13. Устройство отображения по п.1 или 2,
в котором дополнительно обеспечено наличие переключающего элемента для сброса элемента, переключающего датчик.
13. The display device according to claim 1 or 2,
in which a switching element is further provided for resetting the sensor switching element.
14. Устройство отображения по п.1 или 2,
в котором усилительный элемент имеет пороговый потенциал, при котором состояние усилительного элемента переключается между состоянием "включено" ("ВКЛ") и состоянием "выключено" ("ВЫКЛ") в интервале между низкоуровневым потенциалом и высокоуровневым потенциалом сигнала считывания.
14. The display device according to claim 1 or 2,
in which the amplifier element has a threshold potential at which the state of the amplifier element switches between the on state (ON) and the off state (OFF) between the low level potential and the high level potential of the read signal.
15. Устройство отображения по п.1 или 2, дополнительно содержащее:
противоположную подложку, которая является противоположной подложке активной матрицы; и
жидкий кристалл, расположенный между подложкой активной матрицы и противоположной подложкой.
15. The display device according to claim 1 or 2, further comprising:
the opposite substrate, which is the opposite substrate of the active matrix; and
liquid crystal located between the active matrix substrate and the opposite substrate.
16. Устройство отображения, содержащее оптический датчик в области пикселей на подложке активной матрицы, в котором оптический датчик включает в себя:
фотоприемный элемент для приема падающего света;
сигнальную линию сброса для подачи сигнала сброса в оптический датчик;
сигнальную линию считывания для подачи сигнала считывания в оптический датчик;
накопительный узел, имеющий потенциал, который изменяется в зависимости от количества света, полученного фотоприемным элементом в течение периода регистрации, причем период регистрации представляет собой период с момента подачи сигнала сброса до момента подачи сигнала считывания;
усилительный элемент для усиления потенциала накопительного узла в соответствии с сигналом считывания; и
элемент, переключающий датчик, для считывания потенциала, усиленного усилительным элементом, и вывода этого потенциала в качестве выходного сигнала из схемы датчика на выходную линию,
в котором обеспечено наличие светоэкранирующей пленки на стороне, противоположной стороне светоприемной поверхности относительно фотоприемного элемента, и
эта светоэкранирующая пленка соединена с источником питания для подачи напряжения для фиксации потенциала светоэкранирующей пленки равным постоянному потенциалу.
16. A display device comprising an optical sensor in a pixel region on an active matrix substrate, in which the optical sensor includes:
a photodetector for receiving incident light;
a reset signal line for supplying a reset signal to the optical sensor;
a read signal line for supplying a read signal to the optical sensor;
a storage unit having a potential that varies depending on the amount of light received by the photodetector during the recording period, the recording period being the period from the moment the reset signal is supplied until the read signal is supplied;
an amplifier element for enhancing the potential of the storage node in accordance with the read signal; and
a sensor switching element for sensing a potential amplified by the amplifying element and outputting this potential as an output signal from the sensor circuit to the output line,
in which the presence of a light-shielding film is provided on the side opposite to the side of the light-receiving surface relative to the photo-receiving element, and
this light-shielding film is connected to a power source for supplying voltage to fix the potential of the light-shielding film to a constant potential.
17. Устройство отображения по п.16, в котором фотоприемным элементом является pin-диод. 17. The display device according to clause 16, in which the photodetector is a pin diode.
RU2012127285/08A 2009-11-30 2010-11-30 Display device RU2510931C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-272671 2009-11-30
JP2009272671 2009-11-30
PCT/JP2010/071327 WO2011065558A1 (en) 2009-11-30 2010-11-30 Display device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012127285A RU2012127285A (en) 2014-01-10
RU2510931C2 true RU2510931C2 (en) 2014-04-10

Family

ID=44066662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012127285/08A RU2510931C2 (en) 2009-11-30 2010-11-30 Display device

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8803791B2 (en)
EP (1) EP2492781A4 (en)
JP (1) JP5284487B2 (en)
CN (1) CN102630313B (en)
BR (1) BR112012012809A2 (en)
RU (1) RU2510931C2 (en)
WO (1) WO2011065558A1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5745369B2 (en) 2010-09-06 2015-07-08 株式会社半導体エネルギー研究所 Electronics
JP6017214B2 (en) * 2012-07-23 2016-10-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Imaging device, driving method of imaging device, and imaging display system
JP6132283B2 (en) * 2013-05-17 2017-05-24 Nltテクノロジー株式会社 Amplifier circuit and image sensor using the amplifier circuit
JP2015187854A (en) 2014-03-13 2015-10-29 株式会社半導体エネルギー研究所 Input device and input/output device
TWI655442B (en) 2014-05-02 2019-04-01 日商半導體能源研究所股份有限公司 Input/output device
US10497301B2 (en) 2016-08-19 2019-12-03 Innolux Corporation Light-emitting device (LED) and LED displaying circuit
CN108492759B (en) * 2018-04-12 2021-04-06 京东方科技集团股份有限公司 Photosensitive device, optical detection circuit, driving method and display device
CN109655877B (en) * 2019-01-04 2020-12-01 京东方科技集团股份有限公司 Pixel structure of flat panel detector, flat panel detector and camera system
KR20210035964A (en) 2019-09-24 2021-04-02 삼성디스플레이 주식회사 Display device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2272336C2 (en) * 2001-11-16 2006-03-20 Тин Филм Электроникс Аса Matrix-addressed optoelectronic device and electrode grid for this device
GB2439118A (en) * 2006-06-12 2007-12-19 Sharp Kk Image sensor and display
EP2053846A1 (en) * 2007-02-21 2009-04-29 Sony Corporation Imaging device and display device

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63160272A (en) * 1986-12-23 1988-07-04 Nec Corp Solid-state image sensing element
US6977684B1 (en) * 1998-04-30 2005-12-20 Canon Kabushiki Kaisha Arrangement of circuits in pixels, each circuit shared by a plurality of pixels, in image sensing apparatus
JP4167085B2 (en) * 2003-02-07 2008-10-15 株式会社 日立ディスプレイズ Liquid crystal display
US7473977B2 (en) * 2003-03-06 2009-01-06 Sony Corporation Method of driving solid state image sensing device
JP4737956B2 (en) 2003-08-25 2011-08-03 東芝モバイルディスプレイ株式会社 Display device and photoelectric conversion element
JP4628693B2 (en) * 2004-03-31 2011-02-09 富士通株式会社 SUBSTRATE FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE EQUIPPED
CN100390840C (en) * 2004-06-30 2008-05-28 佳能株式会社 Display apparatus and method for controlling the same
JP2006079589A (en) * 2004-08-05 2006-03-23 Sanyo Electric Co Ltd Touch panel
GB2439098A (en) 2006-06-12 2007-12-19 Sharp Kk Image sensor and display
EP2154731B1 (en) 2007-06-21 2015-05-13 Sharp Kabushiki Kaisha Photodetector and display device provided with same
CN101779299B (en) * 2007-08-21 2011-07-27 夏普株式会社 Display device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2272336C2 (en) * 2001-11-16 2006-03-20 Тин Филм Электроникс Аса Matrix-addressed optoelectronic device and electrode grid for this device
GB2439118A (en) * 2006-06-12 2007-12-19 Sharp Kk Image sensor and display
EP2053846A1 (en) * 2007-02-21 2009-04-29 Sony Corporation Imaging device and display device

Also Published As

Publication number Publication date
BR112012012809A2 (en) 2016-08-16
CN102630313B (en) 2015-04-29
EP2492781A1 (en) 2012-08-29
CN102630313A (en) 2012-08-08
US8803791B2 (en) 2014-08-12
US20120261557A1 (en) 2012-10-18
JP5284487B2 (en) 2013-09-11
JPWO2011065558A1 (en) 2013-04-18
EP2492781A4 (en) 2013-06-05
WO2011065558A1 (en) 2011-06-03
RU2012127285A (en) 2014-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2510931C2 (en) Display device
RU2457550C1 (en) Display device
JP5068320B2 (en) Display device
US8416225B2 (en) Display device
US8759739B2 (en) Optical sensor and display apparatus
RU2473937C2 (en) Display
US20110122111A1 (en) Display device
JP2009540628A (en) Image sensors and displays
KR20090023657A (en) Combined image sensor and display device
US8658957B2 (en) Sensor circuit and display apparatus
WO2010007890A1 (en) Display device
WO2010001929A1 (en) Display device
WO2010092709A1 (en) Display device
WO2010001652A1 (en) Display device
JP5421355B2 (en) Display device
WO2010097984A1 (en) Optical sensor and display device provided with same
JP5289583B2 (en) Display device
WO2010100785A1 (en) Display device
WO2011013631A1 (en) Light sensor and display device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161201